JP2019508257A - ワークピースのスケール除去の為の装置及び方法 - Google Patents

ワークピースのスケール除去の為の装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
本発明は、ワークピースのスケール除去を、表面品質に関して改善し、そしてその際、エネルギー及び高圧流体への要求を必要最小限へと下げることを課題とする。
【解決手段】
この課題は、装置（１０）に対して移動方向（Ｘ）を移動するワークピース（１２）、好ましくは熱間圧延品のスケール除去の為の装置（１０）であって、流体（１８）、特に水をワークピース（１２）の表面（２０）に高圧で付勢可能である複数の放射ノズル（１６）を有する少なくとも一つの第一の放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）を有し、そして、制御装置（２２）を有する装置（１０）において、制御装置（２２）と信号技術的に接続される表面調査装置（２６）が設けられており、この表面調査装置が、ワークピース（１２）の移動方向（Ｘ）に関して放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の下流、かつ放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の近傍に配置されており、その際、表面調査装置（２６）によってワークピース（１２）の表面（２０）のスケールが検出可能であり、かつ放射ノズル（１６）から調達される流体によってワークピースの表面を付勢する特有エネルギー入力が、制御装置（２２）によって、表面調査装置（２６）の信号に応じて制御可能、好ましくは調整可能であるよう、制御装置（２２）がプログラム技術的に形成されていることを特徴とする装置（１０）により解決される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に係るワークピースのスケール除去の為の装置と、請求項１０の上位概念に係る相応する方法に関する。
ワークピース、特に熱間圧延品のスケール除去の為に、ワークピースの表面に高圧水を噴射することが公知である。ワークピースの表面の抜けの無い、そして完全なスケール除去の為に、高圧水は通常、デスケーラーの複数のノズルから噴射される。これと関連して、熱間圧延装置におけるデスケーラーとしてある構造群が言及される。この構造群は、熱間圧延品の表面からスケールを取り除くため、つまり酸化物からなる不純物を取り除く為に設けられている。
熱間圧延プロダクトの領域では、これまで移動方向に搬送される熱間圧延品の表面の監視、又は調査は、圧延過程の終わりにのみ行われていた。ここで、前、詳しく言うと移動方向で最終デスケーラーは最終フレームの上流に配置されているデスケーラーは、高圧水の為に通常最大圧かつ流量で運転される。これは、熱間圧延品の表面において、できる限り集中的なスケール除去を行う目的で行われる。そのようなデスケーラーの運転方法においては、高圧水を発生させるためにエネルギー要求が大きいことが不利である。
特許文献１から、鋼板の厚さの測定の為と、その表面の状態の確認の為の方法が公知である。ここでレントゲン検出器が使用される。
特許文献２から、熱間圧延品におけるスケールの検出のための装置が公知である。この装置においては、温度測定の原理に基づき、そしてこの目的の為、高温計を有するスケール検出装置が使用される。
特許文献３からは、請求項１に記載の上位概念に従う装置と、請求項１０の上位概念に従う方法が公知である。
これまで公知であった装置、または方法においては、熱間圧延品のスケール除去の為、圧延機列の最後に初めて表面調査部がインストールされていた。そのような表面調査部は、空間的に、デスケーラーから遠く、そして特にプロセス技術的にデスケーラーと接続されていない。表面調査部によって熱間圧延品が表面エラーを有することが確認された場合、すでに複数の製造ステップ、特に圧延過程が実行されている。つまり、可能なスケールエラーを検出された表面エラーに明確に割り当てることは不可能、又は制限下においてのみ可能である。換言すると、熱間圧延品のスケール除去の為の従来公知の装置においては、残留スケールとしての表面エラーの確実な特定は、少なくとも困難であるか、不可能である。いずれにせよ、ワークピースのスケール除去の為のこれまで公知のアプローチは、一次スケールエラーと二次スケールエラー間の分類と、以前に不十分なスケール除去の結果として生じ、た残留スケールと、圧延プロセス中に発生したスケールブレークの間の区別は実現不可能であるというデメリットを有する。
特開平１０−２８２０２９Ａ号 韓国特許第１４４ ３０９７ Ｂ１号 国際公開第２０１４／１９１１６８ Ａ１号
本発明は、ワークピースのスケール除去を、表面品質に関して改善し、そしてその際、エネルギー及び高圧流体への要求を必要最小限へと下げることを課題とする。
この課題は、請求項１に記載された特徴を有するワークピースのスケール除去の為の装置によって、及び請求項１０に従う方法によって解決される。本発明の有利な発展形は、従属請求項に定義されている。
本発明は、移動方向に装置に対して相対的に動かされるワークピース、好ましくは熱間圧延品のスケール除去の為の装置を意図する。この目的の為、装置は、複数のノズルを有する少なくとも一つの第一の放射ノズル装置を有する。複数のノズルからは流体、特に水が、ワークピースの表面へと高圧で付勢されることが可能である。更に、装置は制御装置、及び該制御装置と信号技術的に接続された表面調査装置を有する。表面調査装置は、ワークピースの移動方向において放射ノズル装置の下流に配置され、かつこれの近傍に配置されており、そしてワークピースの表面のスケールの検出を可能とする。放射ノズルから調達される流体によってワークピースの表面に付勢される特有エネルギー入力が、制御装置によって、表面調査装置の信号に応じて制御可能、好ましくは閉ループ制御可能であるよう、制御装置は、プログラム技術的に形成されている。
同様に、本発明は、複数の放射ノズルを有する放射ノズル装置に対して移動方向を移動させられるワークピース、好ましくは熱間圧延品のスケール除去の為の方法を意図する。ワークピースのスケール除去の為に、流体、特に水が放射ノズルから高圧でワークピースの表面に噴射される。当該方法の実施の為に、放射ノズル装置、及び表面調査装置と其々信号技術的に接続されている制御装置が設けられている。表面調査装置によって、放射ノズル装置に直接隣接し、そして（ワークピースの移動方向について）下流にあり、そして放射ノズル装置の近傍にあるワークピースの表面が検査される。放射ノズルから調達される流体によってワークピースの表面に付勢される特有エネルギー入力は、表面調査装置の信号に応じて制御装置によって制御され、好ましくは閉ループ制御される。
本発明は、表面調査装置が放射ノズル装置の近傍に配置されているという知見に基づく。これに関して、本発明の意味において「近傍」という特徴が意味するところは、表面調査装置が、（ワークピースが放射ノズル装置をある送り速度で通り過ぎる移動方向において）放射ノズル装置の下流に位置し、そしてこれに対して直接隣接して位置しているということである。これによって、流体によるワークピースの表面の高圧での付勢の結果と、これによって得られるスケール除去品質を監視し、そして場合のよっては、特にワークピースを別の生産ステップ、例えば別の圧延過程に入る前に影響を与えることが可能である。よって、表面調査装置の信号に基づいて、ガイド値が獲得される。この値によって、引き続いて、ワークピースのスケール除去が図られる特有エネルギー入力の要求に適合された制御が可能である。
特有エネルギー入力は、本願発明に従い、流体がワークピースの表面にあたる衝突圧力と、ワークピースの幅毎の体積流、つまりワークピースに噴射される流体の体積流から、ワークピースの移動方向に関する噴射幅による除算によって決定される。衝突圧力は、流体が放射ノズルに供給される圧力、噴射される体積流、及びワークピースの表面からの放射ノズルの間隔に依存する。更に、特有エネルギー入力は、ワークピースが移動方向において動かされる送り速度に依存する。表面調査装置の信号に応じた特有エネルギー入力の変更は、上述したパラメーターの適合によって行われる、つまり制御装置によって以下に更に詳細に説明するように行われる。
合目的的には、制御装置はプログラム技術的に、表面調査装置の信号に基づいて、特有エネルギー入力の閉ループ制御が可能であるよう形成されている。この目的の為、制御装置によって、つまり表面調査装置の信号に基づいて、ワークピースの表面品質が決定され、そしてその後、所定の目標値と比較されることが可能である。それに続いて、制御装置によって、ワークピースの表面品質が、所定の目標値を下回ることが確認されると、特有エネルギー入力が高められる。逆にいうと、ワークピースの表面品質が、所定の目標値を上回るとき、特有エネルギー入力は相応して減少される。表面品質調査装置の信号に基づく特有エネルギー入力そのような調整、又は適合は、本発明の好ましい実施形に従い、閉ループ制御されて、つまり制御装置内の相応する閉ループ制御サーキットの存在によって行われる。
特有エネルギー入力の制御、及び／又は閉ループ制御の為の制御要素として、スケール除去のシステム圧、放射ノズルの高さ調整、つまり、ワークピースの表面に対する放射ノズルの間隔の変更、追加的な放射ノズル装置の接続／切り離し、及びワークピースの送り速度がある。
上述した特有エネルギー入力の減少のため、つまり、表面調査装置によって検出されたワークピースの表面品質が所定の目標値を上回った場合のため、有利には、少ない量の高圧流体が必要とされ、これによってワークピースの冷却を弱めることが図られる。その様な弱められた冷却は、炉温度を下げる為、又は後続する、つまり放射ノズルの下流での圧延プロセスの為のエネルギー需要を下げる為に利用されることが可能である。更に、ワークピースの冷却を弱めることによって、製品の最終温度が高まり、これによって製品範囲が、より低い最終圧力へと拡大されることが可能である。
上述したように、特有エネルギー入力、または、いずれにせよ、ワークピースの表面品質の為に前もって定めた目標値を達成するのに、未だ十分である圧力までスケール除去圧力を下げることが可能であることは、スケール除去の為の高圧流体の発生の為のエネルギー需要がより低いというメリットに通じる。その際、有利には、発明に係る装置、又はスケール除去装置の当接コンポーネントの摩耗もまた減らされる。これは、放射ノズル自体にも、これと接続されるポンプ、並びに管配管と全ての媒体接触する部材にも大いに関係する。これに、延長されるメンテナンス間隔のメリットと、これに伴い、削減されるメンテナンスコストのメリットが加わる。これは、下げられた圧力によって周囲の全ての材料に対して高圧流体の減少させられた摩耗作用に基づくものである。
特有エネルギー入力の閉ループ制御によって、ワークピースの検出される表面エラー、つまり、ワークピースに残された残留スケールに直接反応することが、つまり上述した制御要素により特有エネルギー入力を高めることによって可能となる。これによって、当該ワークピースの為に放射ノズル装置の下流に続く更なる生産ステップ、特に圧延過程において、残留スケールがワークピースの表面に圧延により練り込まれる（ｅｉｎｇｅｗａｌｚｔ）ことが、有意義に防止されることが可能である。ワークピースの望まれる品質の維持の他に、これによって、生産の部品、つまり例えば残留スケールが検出されない、又は対処されなかった場合、スクラップにされる必要があるということが防止されることが可能である。
本発明の有利な発展形では、装置は、制御装置と信号技術的に接続される高圧ポンプユニットを有する。この高圧ポンプユニットは、放射ノズル装置の放射ノズルと流体接続状態にある。この高圧ポンプユニットは、制御装置によって制御され、好ましくは閉ループ制御され、流体が放射ノズルに供給される圧力を変更する。流体の、この変更された圧力の結果、相応して、流体がワークピースの表面にあたるスケール除去圧力、又は衝突圧力も変化する。これを望まれるようにスケール除去するためである。上述した依存性に関して、これにによって、流体がワークピースの表面にもたらされる特有エネルギー入力も変化する。
高圧ポンプユニットは、複数の個々のポンプを有していることが可能である。制御装置による高圧ポンプユニットの制御・駆動の際、圧力上昇の場合、別のポンプが追加接続されること、又は所望の圧力減少の場合、使用されるポンプの一つが切り離されることが意図されることが可能である。
本発明の有利な発展形では、高圧ポンプユニットには、少なくとも一つの周波数コントローラー、又は好ましくは複数の周波数コントローラーが設けられていることが可能である。高圧ポンプユニットの一又は複数のポンプは、これら周波数コントローラーを介して、電気供給サーキットに接続されている。その際、周波数コントローラーは、制御技術的に制御装置と接続されている。相応して、高圧ポンプユニットの周波数コントローラーを制御装置によって、制御、又は閉ループ制御し、これによって、流体が放射ノズル装置の放射ノズルに供給される圧力が、わずかずつ、又は小さな段階で、好ましくは無段階に調整される、又は変更されることが可能であるようすることが可能である。
補足的に、又は代替的に、本発明の有利な発展形に従い、放射ノズル装置がワークピースの表面に対して有する間隔が、制御装置によって制御され、好ましくは閉ループ制御されて変更され、つまり表面調査装置の信号に応じて変更されることが意図され得る。これは、放射ノズル装置が、アクチュエーターを有する高さ調整可能なホルダーに取り付けられていることによって行われることが可能である。その際、アクチュエーターは、制御装置と信号技術的に接続されている。制御装置によって表面調査装置の信号に基づいて検出される表面品質が、所定の目標値を下回るべきとき、制御装置によるアクチュエーターの適当な制御によってワークピースの表面に対する放射ノズル装置の間隔が減少させられることが可能である。その結果、これによって流体の衝突圧力、又はスケール除去圧力が増加する。これに関して、そのような放射ノズル装置の間隔の減少は、放射ノズルの所望の噴射像が、ワークピースの表面に維持されたままである程度だけ行われると解される。
本発明の有利な発展形では、制御装置による特有エネルギー入力の適合の為に、ワークピースの送り速度が適合されることが、全プロセスで許される限り可能である。
スケールパーティクル、又はパーティクルによって、ときどき個々の放射ノズルが詰まる。これまで公知の先行技術に従い、これはとても遅いタイミングで、スケールエラーによって最終監視で検出されることが可能であったが、そのときまでに既に数トンの熱間圧延品、又は鋼がエラーを有する状態で製造されてしまっているというデメリットと結びつくものであった。これに対して、放射ノズルのそのような詰まりは、スケール除去結果の直接の監視によって、つまり放射ノズル装置の近傍に配置されている表面調査装置の信号に基づいて、このエラーの発生の直後に検出され、そして相応の警告信号によって制御装置に、又は中央管理部に出力されることが可能である。
本発明の別のメリットは、放射ノズル装置の直接下流で検出されるワークピースの表面品質の為の信頼できる信号のおかげで、装置の為に、唯一の放射ノズル装置対のみを、つまりワークピースの上と下に設けることが可能であることにある。換言すると、発明に係る装置は、放射ノズル装置のそのような対に限定されることが可能である。これによって、同様に減少される高圧ポンプユニットと付随する接続管配管の為の著しい投資コストが節約されることが可能である。これから、高圧ポンプユニットの為のスペース節約、ロール段の短縮、そして、高圧ポンプユニットに流体を供給する水の経済性の負荷軽減もまた行われる。
以下に、本発明の実施形を簡略化された図にもとづいて詳細に説明する。
発明に係る装置の原理的に簡略化された側面図 発明に係る別の実施形に従う放射ノズル装置の原理的に簡略化された側面図 別の実施形に従う発明に係る装置の原理的に簡略化された上面図 図３の装置の一部であることが可能であるローターヘッド対の簡略化された側面図 発明に係る装置の実施の為のシーケンスダイアグラム
以下に、図１から５を参照しつつ、本発明の様々な実施形を詳細に説明する。図においては、同じ技術的特徴は、それぞれ同じ参照符号が付されている。更に、図中の表現は、原理的に簡易化されており、そして特にスケール無しで示されている点、注意されたい。図中には、カルテシアン座標系が記入されている。発明に係る装置の、スケール除去すべき、かつ移動されるワークピースに対する空間的向きを表すためである。
発明に係る装置１０は、ワークピース１２のスケール除去の為に使用される。このワークピースは、装置１０に対して移動方向Ｘで動かされるものである。ワークピースは、熱間圧延品であることが可能である。これは、装置１０のもとを通り過ぎる。送り速度（ワークピース１２が移動方向Ｘにおいて装置１０を通りすぎる速度）は、図１及び図２においてそれぞれ矢印「ｖ」で表されている。
発明に係る装置１０は、複数の放射ノズルを有する放射ノズル装置を有する。この装置から、流体、特に水が、ワークピースの表面に高い圧力で噴射される。放射ノズル装置は、回転軸周りを回転可能なローターヘッド（図１）から、又はスプラッシュビーム（図２）から形成されていることが可能である。これは、以下に更に詳細に説明される。これら両方の実施形においては、放射ノズル１６が設けられている。これら放射ノズルから、流体１８（図１においては簡易化されてシンボル化されている）が、高圧でワークピース１２の表面２０に噴射される。ワークピース１２を適切にスケール除去するためである。
発明に係る装置１０は、図１の実施形においては、一つの放射ノズル装置を有する。これは、上述したように、回転軸Ｒ周りを回転可能なローターヘッド１４の形式で形成されている。ローターヘッド１４は、回転軸Ｒを中心とした回転は、モーター手段（図示せず）、例えば電動モーターによって行われる。ワークピース１２の方に向けられているローターヘッド１４の正面には、放射ノズル１６が取り付けられている。
放射ノズル１６は、図１の実施形においては、ローターヘッド１４に取り付けられている。ここで放射ノズル１６の長手方向軸Ｌは、ローターヘッド１４の回転軸Ｒに対して平行に向けられている。
放射ノズル１６は、高さ調整可能に形成されている。これは例えば、高さ調整可能なホルダーを設けることによる。ホルダーは、図１及び２においては簡易化されて両矢印「Ｈ」によってシンボル化されている。ホルダーＨは、アクチュエーター（図示せず）を有する。よって間隔Ａ（ワークピース１２の表面２０に対する放射ノズル１６の正面の間隔）が、必要に応じてアクチュエーターの駆動制御によって調整されることが可能である。本発明の意味において、間隔Ａは、噴射距離と理解されよう。この距離Ａが減少すると、ワークピース１２の表面２０に流体１８が衝突する圧力が増加する。
装置１０は、例えば図１の実施形の為に表されているように、制御装置２２を有し、そして高圧ポンプユニット２４を有する。高圧ポンプユニットは、制御装置２２と信号技術的に接続されている。放射ノズル１６が、高圧ポンプユニット２４と流体接続しており、よって高圧ポンプユニット２４が高圧の流体を共有されるように、ローターヘッド１４は、接続線を介して高圧ポンプユニット２４に接続されている。放射ノズル１６からワークピース１２に高圧で噴射される流体１８は、好ましくは水であるが、ここでは媒体としての水のみに限定されることは無いと解されよう。
高圧ポンプユニット２４は、周波数コントローラー２５を設けられている。これによって、高圧ポンプユニット２４は、制御装置２２によって、特に無段階に制御駆動することが可能である。流体が放射ノズル１６に供給される圧力を、小さなステップでも変更できるようにするためである。高圧ポンプユニット２４のそのような制御駆動の詳細は、以下に詳細に説明される。
装置１０は、表面調査装置２６を有する。表面調査装置２６は、ワークピース１２の移動方向Ｘに関して、ローターヘッド１４の下流に、これの近傍に配置されている。表面調査装置２６は、特別な光学的測定原理に基づいている。この測定原理においては、ワークピース１２の表面２０の為に３Ｄ測定が行われ、これからワークピース１２の表面２０の高さプロフィルが導き出される。代替として、表面調査装置２６によってワークピース１２の表面２０におけるスペクトル分析が実施される。表面調査装置２６は、同様に、信号技術的に制御装置２２と接続されている。よって、表面調査装置２６によって、及び制御装置２２における相応する評価によって、ワークピース１２の表面２０におけるスケール、又は残留スケールが検出されることが可能である。この目的の為、表面調査装置２６は、ワークピースの上面も下面も監視されることが可能であるように形成されている。
制御装置２２と高圧ポンプユニット２４の間の信号技術的な接続は、図１に参照符号２３．１で表されている。制御装置２２と表面調査装置２６の間の信号技術的な接続は、参照符号２３．２によって表されている。制御装置２２と高さ調整Ｈの信号技術的な接続は、参照符号２３．３によって表されている。制御装置２２と、ワークピース１２の送り速度ｖの調整又は変更を行うことができる装置（図示せず）の間の信号技術的な接続は、参照符号２３．４によって表されている。これら接続２３．１，２３．２，２３．３及び２３．４は、物理的な線であるか、又は適当な無線経路等であることが可能である。
制御装置２２、高圧ポンプユニット２４及び表面調査装置２６に関して、図２の実施形に対しては、図１の実施形に対するような同じ関係が当てはまる。その際、これら技術的な構成要素は、簡単のため図２においては示されていない。
図３は、発明に係る装置１０の別の実施形を、簡易化された上面に示す。この実施形においては、二つの放射ノズル装置１４．１及び１４．２が、ワークピース１２の移動方向ｘに関して相前後して配置されている。各放射ノズル装置１４．１及び１４．２は、図１において参照符号の下に表されているように、高圧ポンプユニット２３に接続されている。図３の実施形においては、表面調査装置２６は、放射ノズル装置１４．２の下流に配置されている。明確化の為、図３の表現においては、ワークピース１２の幅はｙ方向に延びており、その際、ローターヘッド１４．１と１４．２の為の回転軸Ｒは、其々、図面平面に対して直角に延びていることを付言する。
図３の実施形に関して、特に、放射ノズル装置１４．１はローターヘッド対２８（図４参照）であることが可能である点、注意されたい。その際、これの下流に配置された放射ノズル装置１４．２は、スプラッシュビーム対３８（図２参照）でることが可能である。代替として、図３の実施形においては、スプラッシュビーム対３８が、放射ノズル装置１４．１にも相当することが可能である。その際、ローターヘッド対２８は、その下流に、つまり放射ノズル装置１４．２の箇所に配置されている。更に、放射ノズル装置１４．１と１４．２が図３の実施形においても、両方とも、それぞれローターヘッド対２８（図４）から、又はそれぞれスプラッシュビーム対３８（図２）から形成されていることとも可能である。
以下に図４を参照して、完全の為、ローターヘッドの可能な配置を示し、そして説明する。これらは、図３の実施形において使用されることが可能である。
図４は、ローターヘッド対２８の側面図を示す。このローターヘッド対においては、ローターヘッド１４が、それぞれ、ワークピース１２の上と下に、つまりその上面にも、下面にも設けられている。ワークピース１２の下に配置されているローターヘッド１４が、ワークピース１２の移動方向Ｘに関して、ワークピース１２の上に配置されているローターヘッド１４の下流に位置取っていることが見て取れる。よって、これら両方のローターヘッドの間にワークピース１２存在しないであろうときは、ワークピース１２の下に配置されるローターヘッド１４の放射ノズル１６から噴射される流体１８が、ワークピース１２の上に配置されるローターヘッド１４に衝突しない。図４に示された、ワークピース１２の上側と下側に配置されたローターヘッドの間のオフセットにもかかわらず、両方のローターヘッドが、本発明の意味においてローターヘッド対２８として理解されることに変わりない。同様に図２は、他の放射ノズル装置の為の上述した放射ノズル１６のオフセット、つまりスプラッシュビーム対３８の形式のものを示す。
図４の図の為、補足的に、ここでもローターモジュール対の側面図であることが可能である点、注意されたい。この際、複数のローターヘッド１４（図１参照）は、ｙ方向において、ワークピース１２の上と下でい一つのローターモジュールへとまとめられている。
図２及び４の実施形に関して、個々の放射ノズル１６は、一つの共通な高圧水配管Ｄに接続されており、高圧水配管は、高圧ポンプユニット２４に接続されている点、注意されたい。これによって、放射ノズル１６に高圧水が供給されることが保証されている。
図２は、別の実施形にしたがう発明に係る装置１０の簡略側面図を示す。ここで、装置１０の放射ノズル装置は、いわゆるスプラッシュビーム３６の形式で形成されている。その長手方向延在は、ワークピース１２の移動方向Ｘに対して横に（つまり図２のｙ軸の方向に）延びている。ここで、スプラッシュビーム３６の長手方向延在は、通常、スケール除去すべきワークピース１２の幅に相当する。スプラッシュビーム３６の長手方向延在に沿って、複数の放射ノズル１６が配置されている。そのうち、図７には、最前に位置する放射ノズル１６のみが示されている。
図２の実施形においては、ワークピース１２の上と下に、各一つのスプラッシュビーム３６が設けられている。これらは、よってスプラッシュビーム対３８を形成する。スプラッシュビーム対の放射ノズル１６は、スプラッシュビーム３６に、ワークピース１２の表面に対して直角の角度で傾斜して配置されており、放射ノズル１６から噴射される流体１８が、角度αでワークピース１２の表面２０にあたるよう配置されている。
本発明の別の実施形に従い、独立した表面走査ユニット４０（図３）も設けられていることが可能である。これは、放射ノズル装置１４の下流に配置されており、そして信号技術的に制御装置２２と接続されている。そのような表面走査装置４０は電気的に機能し、そして、レーザー光線の原理に従い作用することが可能である光学的測定システムを有する。表面に、不均一性が発生したとすると、これは、表面走査装置４０によって検出され、そして相応する信号が発生され、これに基づいて制御装置２２が、高さ調整可能なホルダーＨ（図１、図２参照）のアクチュエーターを駆動し、ワークピース１２の表面に対する放射ノズル装置の間隔Ａを即座に拡大する。これによって、放射ノズル装置が、ワークピース１２がそのような不均一性を有した場合に、損傷を受けないということが保証されている。
上述した実施形においては、ワークピース１２は、装置１０を通り過ぎる、つまり相応する図においてはそれぞれ「ｖ」で表されている送り速度で通り過ぎる。高圧の水の噴射によって、ワークピース１２の表面は、特有エネルギー入力Ｅ（又はスプレーエネルギー）でもって付勢される。これは、以下のように決定される。
ここでＥは特有エネルギー入力［ＫＪ／ｍ２］、Ｉは衝突圧力［Ｎ／ｍｍ２］、Ｖｓｐｅｚは、ワークピースの幅ｍ毎の特別な体積流［Ｉ／ｓ・ｍ］、ｖはワークピースの送り速度［ｍ／ｓ］である。
ここで、ワークピース１２の表面に流体が当たる衝突圧力Ｉ［英語：Ｉｍｐａｃｔ］は、流体が放射ノズル１６から噴射される圧力及び体積にも、ワークピースの表面２０からの放射ノズル１６の間隔にも依存する。
送り速度ｖを考慮することなく、衝突圧力Ｉの静的な観察のみが行われる。
更に、特別な体積流はＶｓｐｅｚが決定される。
ここで、Ｖｓｐｅｚは、ワークピースの幅ｍ毎の特別な体積流［Ｉ／ｓ・ｍ］、ｖはワークピースの送り速度［ｍ／ｓ］、ｂは、移動方向Ｘに対して横向きの噴射幅［ｍ］である。
本発明は、以下のように機能する。ワークピース１２の表面２０の所望のスケール除去の為に、これは、発明に係る装置１０に対いて移動方向Ｘを動かされる。ここで放射ノズル１６から流体１８が高圧でワークピース１２の表面２０に、つまりその上面にも下面にも噴射される。
上述した式と、それに対して説明された関係を参照しつつ、エネルギー入力Ｅは、例えば、流体が放射ノズルに供給される圧力、及び／又は体積流が高められることによって、及び／又は、ワークピース１２の表面２０に対する放射ノズルの間隔Ａ、及び／又は送り速度ｖが減らされることによって、及び／又は、別の放射ノズル装置が接続されることによって高められることが可能である。言い方を変えると逆に、特有エネルギー入力Ｅの減少は、流体が放射ノズルに供給される圧力、及び／又は体積流Ｖが減少されることによって、及び／又はワークピースの表面２０に対する放射ノズルの間隔Ａ、及び／又は送り速度ｖが大きくされることによって、及び／又は、別の放射ノズル装置が切り離されることによって達成される。
特有エネルギー入力Ｅを高めることは、本発明に従い、例えば、ワークピース１２の表面品質が所定の目標値を下回ることが確認される場合に対して、表面調査装置２６の信号に基づいて、制御装置２２によって行われる。反対解釈すると、特有エネルギー入力Ｅは、ワークピース１２の表面品質が、所定の目標値を含む限り減少されることを意味する。
特に、ワークピース１２の主スケール除去の際には、特有エネルギー入力Ｅを、上述したように表面調査装置２６の信号に基づいて、好ましくは送り速度ｖの変更のみによって調整することが推奨される。
図５は、発明に係る装置１０の運転方法、又は発明に係る方法の実施を具体的に説明するためのシーケンスダイアグラムを示す。
ワークピース１２が、装置１０を移動方向Ｘにおいて通り過ぎ、そしてその際、スケール除去される間、スケール除去品質は、表面調査装置２６によって持続的に監視される。これによって、例えば、ローターモジュール対、又はスプラッシュビーム対３８の形式の放射ノズル装置の近傍かつ直接隣接した位置で、ワークピース１２に対して所望の表面品質が、所定の目標値を達成したかが確認される。そうでない場合には、高圧ポンプユニット２４、又はこれに設けられる一、又は複数の周波数コントローラー２５の適当な駆動によって、放射ノズル１６に流体１８が供給される圧力が制御装置２２によって高められることが可能である。その際、場合によっては、別のポンプが高圧ポンプユニット２４に接続される。
圧力を上述したように適合することに対して補足的に、又は代替的に、追加的な放射ノズル装置を付設することも可能である。図３の実施形は、放射ノズル装置１４．２である。これは例えばローターモジュール対、又はスプラッシュビーム対３８の形式であり、これは、放射ノズル装置１４．１の下流に設けられている。これは、ワークピース１２の所望の表面品質を保つ際、本発明の通常運転に従い、唯一の放射ノズル装置のみが使用されることを意味する。ワークピース１２の表面品質が、所定の目標値を下回るときのみ、本発明の特別運転に従い、第二の放射ノズル装置（図３の１４．２参照）が接続され、その際、この接続された第二の放射ノズル装置の放射ノズル１６から同様に流体１８が高圧でワークピースの表面２０に噴射される。本発明の通常運転においては、唯一の放射ノズルが使用されるという事実は、高圧水の発生のためのエネルギーの節約に貢献する。
図５のシーケンスダイアグラムに従い、装置１０の運転パラメーターの適合も行われることが可能である。制御装置２２による高圧ポンプユニット２４の適当な駆動によって、流体が放射ノズル１６に供給される圧力は、検出可能な残留スケールが、最小の衝突の下回りを示すまで下げられ、そしてその後、この圧力が再び少し上げられる必要がある。ここで、報謝ノズル１６に供給される流体の圧力は、十分大きな値に調整される。この値によって表面品質は、所定の目標値が達成される。
補足的に、及び／又は代替的に、衝突圧力、又はスケール除去圧力の変更は、放射ノズル装置の高さ調整によって行われる。この高さ調整は、図１と図２に、其々矢印「Ｈ」で表されており、そして、高さ調整可能なホルダーＨ（これに放射ノズル装置が取り付けられている）のアクチュエーターが制御装置２２によって適当に制御・駆動されることによって達成される。
補足的に、及び／又は代替的に、特有エネルギー入力Ｅの変更の為に、ワークピース１２の送り速度ｖが適合されることが可能である。
最後に、図５のシーケンスダイアグラムは、ワークピース１２がスケール除去される所望の特有エネルギー入力Ｅを決定する、又は調整するための制御サーキットを示すことに注意されたい。ここで、上述した可能性は、ワークピースの表面品質が、所定の目標値（図４で、「目的結果」と称されている）が達成されるまで実施される。
１０ 装置
１２ ワークピース
１４ 放射ノズル装置
１４．１ 放射ノズル装置
１４．２ 放射ノズル装置
１６ 放射ノズル
１８ 流体
２０ 表面
２２ 制御装置
２３．１ 信号技術
２３．２ 信号技術
２３．３ 信号技術
２３．４ 信号技術
２４ 高圧ポンプユニット
２５ 周波数コントローラー
２６ 表面調査装置
２８ 放射ノズル装置
３６ 放射ノズル装置
３８ 放射ノズル装置
４０ 表面走査装置
Ａ 間隔
Ｈ 高さ調整可能なホルダー
ｖ 送り速度
Ｘ 移動方向
本発明は、請求項１の上位概念に係るワークピースのスケール除去の為の装置と、請求項１０の上位概念に係る相応する方法に関する。
ワークピース、特に熱間圧延品のスケール除去の為に、ワークピースの表面に高圧水を噴射することが公知である。ワークピースの表面の抜けの無い、そして完全なスケール除去の為に、高圧水は通常、デスケーラーの複数のノズルから噴射される。これと関連して、熱間圧延装置におけるデスケーラーとしてある構造群が言及される。この構造群は、熱間圧延品の表面からスケールを取り除くため、つまり酸化物からなる不純物を取り除く為に設けられている。
熱間圧延プロダクトの領域では、これまで移動方向に搬送される熱間圧延品の表面の監視、又は調査は、圧延過程の終わりにのみ行われていた。ここで、前、詳しく言うと移動方向で最終デスケーラーは最終フレームの上流に配置されているデスケーラーは、高圧水の為に通常最大圧かつ流量で運転される。これは、熱間圧延品の表面において、できる限り集中的なスケール除去を行う目的で行われる。そのようなデスケーラーの運転方法においては、高圧水を発生させるためにエネルギー要求が大きいことが不利である。
特許文献１から、鋼板の厚さの測定の為と、その表面の状態の確認の為の方法が公知である。ここでレントゲン検出器が使用される。
特許文献２から、熱間圧延品におけるスケールの検出のための装置が公知である。この装置においては、温度測定の原理に基づき、そしてこの目的の為、高温計を有するスケール検出装置が使用される。
特許文献３からは、半製品のスケール除去の為の装置が公知である。この装置は、ノズル装置を有する。これによって、ノズル装置に対して相対的に移動させられる半製品の表面に高圧で流体がもたらされる。スケール除去衝突圧力を均等にするため手段が設けられており、この手段によってバンドプロフィルが直接検出されることが可能である。その際、これに応じてノズル装置は高さ調整される。
特許文献３からは、請求項１に記載の上位概念に従う装置と、請求項９の上位概念に従う方法が公知である。
これまで公知であった装置、または方法においては、熱間圧延品のスケール除去の為、圧延機列の最後に初めて表面調査部がインストールされていた。そのような表面調査部は、空間的に、デスケーラーから遠く、そして特にプロセス技術的にデスケーラーと接続されていない。表面調査部によって熱間圧延品が表面エラーを有することが確認された場合、すでに複数の製造ステップ、特に圧延過程が実行されている。つまり、可能なスケールエラーを検出された表面エラーに明確に割り当てることは不可能、又は制限下においてのみ可能である。換言すると、熱間圧延品のスケール除去の為の従来公知の装置においては、残留スケールとしての表面エラーの確実な特定は、少なくとも困難であるか、不可能である。いずれにせよ、ワークピースのスケール除去の為のこれまで公知のアプローチは、一次スケールエラーと二次スケールエラー間の分類と、以前に不十分なスケール除去の結果として生じ、た残留スケールと、圧延プロセス中に発生したスケールブレークの間の区別は実現不可能であるというデメリットを有する。
特開平１０−２８２０２９Ａ号 韓国特許第１４４ ３０９７ Ｂ１号 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８ １７ ００２ Ａ１号 国際公開第２０１４／１９１１６８ Ａ１号
本発明は、ワークピースのスケール除去を、表面品質に関して改善し、そしてその際、エネルギー及び高圧流体への要求を必要最小限へと下げることを課題とする。
この課題は、請求項１に記載された特徴を有するワークピースのスケール除去の為の装置によって、及び請求項９に従う方法によって解決される。本発明の有利な発展形は、従属請求項に定義されている。
本発明は、移動方向に装置に対して相対的に動かされるワークピース、好ましくは熱間圧延品のスケール除去の為の装置を意図する。この目的の為、装置は、複数のノズルを有する少なくとも一つの第一の放射ノズル装置を有する。複数のノズルからは流体、特に水が、ワークピースの表面へと高圧で付勢されることが可能である。更に、装置は制御装置、及び該制御装置と信号技術的に接続された表面調査装置を有する。この表面調査装置は、ワークピースの移動方向において放射ノズル装置の下流に配置されており、そしてワークピースの表面のスケールの検出を可能とする。表面調査装置は、ノズル放射装置に対して直接隣接して配置されている。放射ノズルから調達される流体によってワークピースの表面に付勢される特有エネルギー入力が、制御装置によって、表面調査装置の信号に応じて閉ループ制御可能であるよう、及び表面調査装置の信号に基づいて、ワークピースの表面品質が決定され、そして所定の目標値と比較されるよう制御装置は、プログラム技術的に形成されている。ここで特有エネルギー入力は、ワークピースの表面品質が所定の目標値を下回るとき、高められるよう、そして、ワークピースの表面品質が所定の目標値を上回るとき減少させられるよう閉ループ制御される。
同様に、本発明は、複数の放射ノズルを有する放射ノズル装置に対して移動方向を移動させられるワークピース、好ましくは熱間圧延品のスケール除去の為の方法を意図する。ワークピースのスケール除去の為に、流体、特に水が放射ノズルから高圧でワークピースの表面に噴射される。当該方法の実施の為に、放射ノズル装置、及び表面調査装置と其々信号技術的に接続されている制御装置が設けられている。表面調査装置によって、（ワークピースの移動方向について）放射ノズル装置の下流にあり、そして放射ノズル装置に直接隣接するワークピースの表面が検査される。放射ノズルから調達される流体によってワークピースの表面に付勢される特有エネルギー入力は、表面調査装置の信号に応じて制御装置によって閉ループ制御される。その際、表面調査装置の表面調査装置の信号に基づいて、ワークピースの表面品質が決定され、そして所定の目標値と比較される。ここで、特有エネルギー入力は、ワークピースの表面品質が、所定の目標値を下回るとき高められ、そしてワークピースの表面品質が所定の目標値を上回るとき減少させられる。
本発明は、表面調査装置が放射ノズル装置の近傍に配置されているという知見に基づく。これに関して、本発明の意味において「近傍」という特徴が意味するところは、表面調査装置が、（ワークピースが放射ノズル装置をある送り速度で通り過ぎる移動方向において）放射ノズル装置の下流に位置し、そしてこれに対して直接隣接して位置しているということである。これによって、流体によるワークピースの表面の高圧での付勢の結果と、これによって得られるスケール除去品質を監視し、そして場合のよっては、特にワークピースを別の生産ステップ、例えば別の圧延過程に入る前に影響を与えることが可能である。よって、表面調査装置の信号に基づいて、ガイド値が獲得される。この値によって、引き続いて、ワークピースのスケール除去が図られる特有エネルギー入力の要求に適合された制御が可能である。
特有エネルギー入力は、本願発明に従い、流体がワークピースの表面にあたる衝突圧力と、ワークピースの幅毎の体積流、つまりワークピースに噴射される流体の体積流から、ワークピースの移動方向に関する噴射幅による除算によって決定される。衝突圧力は、流体が放射ノズルに供給される圧力、噴射される体積流、及びワークピースの表面からの放射ノズルの間隔に依存する。更に、特有エネルギー入力は、ワークピースが移動方向において動かされる送り速度に依存する。表面調査装置の信号に応じた特有エネルギー入力の変更は、上述したパラメーターの適合によって行われる、つまり制御装置によって以下に更に詳細に説明するように行われる。
発明に従い、制御装置はプログラム技術的に、表面調査装置の信号に基づいて、特有エネルギー入力の閉ループ制御が行われるよう形成されている。この目的の為、制御装置によって、つまり表面調査装置の信号に基づいて、ワークピースの表面品質が決定され、そしてその後、所定の目標値と比較される。それに続いて、制御装置によって、ワークピースの表面品質が、所定の目標値を下回ることが確認されると、特有エネルギー入力が高められる。逆にいうと、ワークピースの表面品質が、所定の目標値を上回るとき、特有エネルギー入力は相応して減少される。表面品質調査装置の信号に基づく特有エネルギー入力そのような調整、又は適合は、本発明の好ましい実施形に従い、閉ループ制御されて、つまり制御装置内の相応する閉ループ制御サーキットの存在によって行われる。
特有エネルギー入力の制御、及び／又は閉ループ制御の為の制御要素として、スケール除去のシステム圧、放射ノズルの高さ調整、つまり、ワークピースの表面に対する放射ノズルの間隔の変更、追加的な放射ノズル装置の接続／切り離し、及びワークピースの送り速度がある。
上述した特有エネルギー入力の減少のため、つまり、表面調査装置によって検出されたワークピースの表面品質が所定の目標値を上回った場合のため、有利には、少ない量の高圧流体が必要とされ、これによってワークピースの冷却を弱めることが図られる。その様な弱められた冷却は、炉温度を下げる為、又は後続する、つまり放射ノズルの下流での圧延プロセスの為のエネルギー需要を下げる為に利用されることが可能である。更に、ワークピースの冷却を弱めることによって、製品の最終温度が高まり、これによって製品範囲が、より低い最終圧力へと拡大されることが可能である。
上述したように、特有エネルギー入力、または、いずれにせよ、ワークピースの表面品質の為に前もって定めた目標値を達成するのに、未だ十分である圧力までスケール除去圧力を下げることが可能であることは、スケール除去の為の高圧流体の発生の為のエネルギー需要がより低いというメリットに通じる。その際、有利には、発明に係る装置、又はスケール除去装置の当接コンポーネントの摩耗もまた減らされる。これは、放射ノズル自体にも、これと接続されるポンプ、並びに管配管と全ての媒体接触する部材にも大いに関係する。これに、延長されるメンテナンス間隔のメリットと、これに伴い、削減されるメンテナンスコストのメリットが加わる。これは、下げられた圧力によって周囲の全ての材料に対して高圧流体の減少させられた摩耗作用に基づくものである。
特有エネルギー入力の閉ループ制御によって、ワークピースの検出される表面エラー、つまり、ワークピースに残された残留スケールに直接反応することが、つまり上述した制御要素により特有エネルギー入力を高めることによって可能となる。これによって、当該ワークピースの為に放射ノズル装置の下流に続く更なる生産ステップ、特に圧延過程において、残留スケールがワークピースの表面に圧延により練り込まれる（ｅｉｎｇｅｗａｌｚｔ）ことが、有意義に防止されることが可能である。ワークピースの望まれる品質の維持の他に、これによって、生産の部品、つまり例えば残留スケールが検出されない、又は対処されなかった場合、スクラップにされる必要があるということが防止されることが可能である。
本発明の有利な発展形では、装置は、制御装置と信号技術的に接続される高圧ポンプユニットを有する。この高圧ポンプユニットは、放射ノズル装置の放射ノズルと流体接続状態にある。この高圧ポンプユニットは、制御装置によって制御され、好ましくは閉ループ制御され、流体が放射ノズルに供給される圧力を変更する。流体の、この変更された圧力の結果、相応して、流体がワークピースの表面にあたるスケール除去圧力、又は衝突圧力も変化する。これを望まれるようにスケール除去するためである。上述した依存性に関して、これによって、流体がワークピースの表面にもたらされる特有エネルギー入力も変化する。
高圧ポンプユニットは、複数の個々のポンプを有していることが可能である。制御装置による高圧ポンプユニットの制御・駆動の際、圧力上昇の場合、別のポンプが追加接続されること、又は所望の圧力減少の場合、使用されるポンプの一つが切り離されることが意図されることが可能である。
本発明の有利な発展形では、高圧ポンプユニットには、少なくとも一つの周波数コントローラー、又は好ましくは複数の周波数コントローラーが設けられていることが可能である。高圧ポンプユニットの一又は複数のポンプは、これら周波数コントローラーを介して、電気供給サーキットに接続されている。その際、周波数コントローラーは、制御技術的に制御装置と接続されている。相応して、高圧ポンプユニットの周波数コントローラーを制御装置によって、制御、又は閉ループ制御し、これによって、流体が放射ノズル装置の放射ノズルに供給される圧力が、わずかずつ、又は小さな段階で、好ましくは無段階に調整される、又は変更されることが可能であるようすることが可能である。
補足的に、又は代替的に、本発明の有利な発展形に従い、放射ノズル装置がワークピースの表面に対して有する間隔が、制御装置によって制御され、好ましくは閉ループ制御されて変更され、つまり表面調査装置の信号に応じて変更されることが意図され得る。これは、放射ノズル装置が、アクチュエーターを有する高さ調整可能なホルダーに取り付けられていることによって行われることが可能である。その際、アクチュエーターは、制御装置と信号技術的に接続されている。制御装置によって表面調査装置の信号に基づいて検出される表面品質が、所定の目標値を下回るべきとき、制御装置によるアクチュエーターの適当な制御によってワークピースの表面に対する放射ノズル装置の間隔が減少させられることが可能である。その結果、これによって流体の衝突圧力、又はスケール除去圧力が増加する。これに関して、そのような放射ノズル装置の間隔の減少は、放射ノズルの所望の噴射像が、ワークピースの表面に維持されたままである程度だけ行われると解される。
本発明の有利な発展形では、制御装置による特有エネルギー入力の適合の為に、ワークピースの送り速度が適合されることが、全プロセスで許される限り可能である。
スケールパーティクル、又はパーティクルによって、ときどき個々の放射ノズルが詰まる。これまで公知の先行技術に従い、これはとても遅いタイミングで、スケールエラーによって最終監視で検出されることが可能であったが、そのときまでに既に数トンの熱間圧延品、又は鋼がエラーを有する状態で製造されてしまっているというデメリットと結びつくものであった。これに対して、放射ノズルのそのような詰まりは、スケール除去結果の直接の監視によって、つまり放射ノズル装置の近傍に配置されている表面調査装置の信号に基づいて、このエラーの発生の直後に検出され、そして相応の警告信号によって制御装置に、又は中央管理部に出力されることが可能である。
本発明の別のメリットは、放射ノズル装置の直接下流で検出されるワークピースの表面品質の為の信頼できる信号のおかげで、装置の為に、唯一の放射ノズル装置対のみを、つまりワークピースの上と下に設けることが可能であることにある。換言すると、発明に係る装置は、放射ノズル装置のそのような対に限定されることが可能である。これによって、同様に減少される高圧ポンプユニットと付随する接続管配管の為の著しい投資コストが節約されることが可能である。これから、高圧ポンプユニットの為のスペース節約、ロール段の短縮、そして、高圧ポンプユニットに流体を供給する水の経済性の負荷軽減もまた行われる。
以下に、本発明の実施形を簡略化された図にもとづいて詳細に説明する。
発明に係る装置の原理的に簡略化された側面図 発明に係る別の実施形に従う放射ノズル装置の原理的に簡略化された側面図 別の実施形に従う発明に係る装置の原理的に簡略化された上面図 図３の装置の一部であることが可能であるローターヘッド対の簡略化された側面図 発明に係る装置の実施の為のシーケンスダイアグラム
以下に、図１から５を参照しつつ、本発明の様々な実施形を詳細に説明する。図においては、同じ技術的特徴は、それぞれ同じ参照符号が付されている。更に、図中の表現は、原理的に簡易化されており、そして特にスケール無しで示されている点、注意されたい。図中には、カルテシアン座標系が記入されている。発明に係る装置の、スケール除去すべき、かつ移動されるワークピースに対する空間的向きを表すためである。
発明に係る装置１０は、ワークピース１２のスケール除去の為に使用される。このワークピースは、装置１０に対して移動方向Ｘで動かされるものである。ワークピースは、熱間圧延品であることが可能である。これは、装置１０のもとを通り過ぎる。送り速度（ワークピース１２が移動方向Ｘにおいて装置１０を通りすぎる速度）は、図１及び図２においてそれぞれ矢印「ｖ」で表されている。
発明に係る装置１０は、複数の放射ノズルを有する放射ノズル装置を有する。この装置から、流体、特に水が、ワークピースの表面に高い圧力で噴射される。放射ノズル装置は、回転軸周りを回転可能なローターヘッド（図１）から、又はスプラッシュビーム（図２）から形成されていることが可能である。これは、以下に更に詳細に説明される。これら両方の実施形においては、放射ノズル１６が設けられている。これら放射ノズルから、流体１８（図１においては簡易化されてシンボル化されている）が、高圧でワークピース１２の表面２０に噴射される。ワークピース１２を適切にスケール除去するためである。
発明に係る装置１０は、図１の実施形においては、一つの放射ノズル装置を有する。これは、上述したように、回転軸Ｒ周りを回転可能なローターヘッド１４の形式で形成されている。ローターヘッド１４は、回転軸Ｒを中心とした回転は、モーター手段（図示せず）、例えば電動モーターによって行われる。ワークピース１２の方に向けられているローターヘッド１４の正面には、放射ノズル１６が取り付けられている。
放射ノズル１６は、図１の実施形においては、ローターヘッド１４に取り付けられている。ここで放射ノズル１６の長手方向軸Ｌは、ローターヘッド１４の回転軸Ｒに対して平行に向けられている。
放射ノズル１６は、高さ調整可能に形成されている。これは例えば、高さ調整可能なホルダーを設けることによる。ホルダーは、図１及び２においては簡易化されて両矢印「Ｈ」によってシンボル化されている。ホルダーＨは、アクチュエーター（図示せず）を有する。よって間隔Ａ（ワークピース１２の表面２０に対する放射ノズル１６の正面の間隔）が、必要に応じてアクチュエーターの駆動制御によって調整されることが可能である。本発明の意味において、間隔Ａは、噴射距離と理解されよう。この距離Ａが減少すると、ワークピース１２の表面２０に流体１８が衝突する圧力が増加する。
装置１０は、例えば図１の実施形の為に表されているように、制御装置２２を有し、そして高圧ポンプユニット２４を有する。高圧ポンプユニットは、制御装置２２と信号技術的に接続されている。放射ノズル１６が、高圧ポンプユニット２４と流体接続しており、よって高圧ポンプユニット２４が高圧の流体を共有されるように、ローターヘッド１４は、接続線を介して高圧ポンプユニット２４に接続されている。放射ノズル１６からワークピース１２に高圧で噴射される流体１８は、好ましくは水であるが、ここでは媒体としての水のみに限定されることは無いと解されよう。
高圧ポンプユニット２４は、周波数コントローラー２５を設けられている。これによって、高圧ポンプユニット２４は、制御装置２２によって、特に無段階に制御駆動することが可能である。流体が放射ノズル１６に供給される圧力を、小さなステップでも変更できるようにするためである。高圧ポンプユニット２４のそのような制御駆動の詳細は、以下に詳細に説明される。
装置１０は、表面調査装置２６を有する。表面調査装置２６は、ワークピース１２の移動方向Ｘに関して、ローターヘッド１４の下流に、これの近傍に配置されている。表面調査装置２６は、特別な光学的測定原理に基づいている。この測定原理においては、ワークピース１２の表面２０の為に３Ｄ測定が行われ、これからワークピース１２の表面２０の高さプロフィルが導き出される。代替として、表面調査装置２６によってワークピース１２の表面２０におけるスペクトル分析が実施される。表面調査装置２６は、同様に、信号技術的に制御装置２２と接続されている。よって、表面調査装置２６によって、及び制御装置２２における相応する評価によって、ワークピース１２の表面２０におけるスケール、又は残留スケールが検出されることが可能である。この目的の為、表面調査装置２６は、ワークピースの上面も下面も監視されることが可能であるように形成されている。
制御装置２２と高圧ポンプユニット２４の間の信号技術的な接続は、図１に参照符号２３．１で表されている。制御装置２２と表面調査装置２６の間の信号技術的な接続は、参照符号２３．２によって表されている。制御装置２２と高さ調整Ｈの信号技術的な接続は、参照符号２３．３によって表されている。制御装置２２と、ワークピース１２の送り速度ｖの調整又は変更を行うことができる装置（図示せず）の間の信号技術的な接続は、参照符号２３．４によって表されている。これら接続２３．１，２３．２，２３．３及び２３．４は、物理的な線であるか、又は適当な無線経路等であることが可能である。
制御装置２２、高圧ポンプユニット２４及び表面調査装置２６に関して、図２の実施形に対しては、図１の実施形に対するような同じ関係が当てはまる。その際、これら技術的な構成要素は、簡単のため図２においては示されていない。
図３は、発明に係る装置１０の別の実施形を、簡易化された上面に示す。この実施形においては、二つの放射ノズル装置１４．１及び１４．２が、ワークピース１２の移動方向ｘに関して相前後して配置されている。各放射ノズル装置１４．１及び１４．２は、図１において参照符号の下に表されているように、高圧ポンプユニット２３に接続されている。図３の実施形においては、表面調査装置２６は、放射ノズル装置１４．２の下流に配置されている。明確化の為、図３の表現においては、ワークピース１２の幅はｙ方向に延びており、その際、ローターヘッド１４．１と１４．２の為の回転軸Ｒは、其々、図面平面に対して直角に延びていることを付言する。
図３の実施形に関して、特に、放射ノズル装置１４．１はローターヘッド対２８（図４参照）であることが可能である点、注意されたい。その際、これの下流に配置された放射ノズル装置１４．２は、スプラッシュビーム対３８（図２参照）でることが可能である。代替として、図３の実施形においては、スプラッシュビーム対３８が、放射ノズル装置１４．１にも相当することが可能である。その際、ローターヘッド対２８は、その下流に、つまり放射ノズル装置１４．２の箇所に配置されている。更に、放射ノズル装置１４．１と１４．２が図３の実施形においても、両方とも、それぞれローターヘッド対２８（図４）から、又はそれぞれスプラッシュビーム対３８（図２）から形成されていることとも可能である。
以下に図４を参照して、完全の為、ローターヘッドの可能な配置を示し、そして説明する。これらは、図３の実施形において使用されることが可能である。
図４は、ローターヘッド対２８の側面図を示す。このローターヘッド対においては、ローターヘッド１４が、それぞれ、ワークピース１２の上と下に、つまりその上面にも、下面にも設けられている。ワークピース１２の下に配置されているローターヘッド１４が、ワークピース１２の移動方向Ｘに関して、ワークピース１２の上に配置されているローターヘッド１４の下流に位置取っていることが見て取れる。よって、これら両方のローターヘッドの間にワークピース１２存在しないであろうときは、ワークピース１２の下に配置されるローターヘッド１４の放射ノズル１６から噴射される流体１８が、ワークピース１２の上に配置されるローターヘッド１４に衝突しない。図４に示された、ワークピース１２の上側と下側に配置されたローターヘッドの間のオフセットにもかかわらず、両方のローターヘッドが、本発明の意味においてローターヘッド対２８として理解されることに変わりない。同様に図２は、他の放射ノズル装置の為の上述した放射ノズル１６のオフセット、つまりスプラッシュビーム対３８の形式のものを示す。
図４の図の為、補足的に、ここでもローターモジュール対の側面図であることが可能である点、注意されたい。この際、複数のローターヘッド１４（図１参照）は、ｙ方向において、ワークピース１２の上と下でい一つのローターモジュールへとまとめられている。
図２及び４の実施形に関して、個々の放射ノズル１６は、一つの共通な高圧水配管Ｄに接続されており、高圧水配管は、高圧ポンプユニット２４に接続されている点、注意されたい。これによって、放射ノズル１６に高圧水が供給されることが保証されている。
図２は、別の実施形にしたがう発明に係る装置１０の簡略側面図を示す。ここで、装置１０の放射ノズル装置は、いわゆるスプラッシュビーム３６の形式で形成されている。その長手方向延在は、ワークピース１２の移動方向Ｘに対して横に（つまり図２のｙ軸の方向に）延びている。ここで、スプラッシュビーム３６の長手方向延在は、通常、スケール除去すべきワークピース１２の幅に相当する。スプラッシュビーム３６の長手方向延在に沿って、複数の放射ノズル１６が配置されている。そのうち、図７には、最前に位置する放射ノズル１６のみが示されている。
図２の実施形においては、ワークピース１２の上と下に、各一つのスプラッシュビーム３６が設けられている。これらは、よってスプラッシュビーム対３８を形成する。スプラッシュビーム対の放射ノズル１６は、スプラッシュビーム３６に、ワークピース１２の表面に対して直角の角度で傾斜して配置されており、放射ノズル１６から噴射される流体１８が、角度αでワークピース１２の表面２０にあたるよう配置されている。
本発明の別の実施形に従い、独立した表面走査ユニット４０（図３）も設けられていることが可能である。これは、放射ノズル装置１４の下流に配置されており、そして信号技術的に制御装置２２と接続されている。そのような表面走査装置４０は電気的に機能し、そして、レーザー光線の原理に従い作用することが可能である光学的測定システムを有する。表面に、不均一性が発生したとすると、これは、表面走査装置４０によって検出され、そして相応する信号が発生され、これに基づいて制御装置２２が、高さ調整可能なホルダーＨ（図１、図２参照）のアクチュエーターを駆動し、ワークピース１２の表面に対する放射ノズル装置の間隔Ａを即座に拡大する。これによって、放射ノズル装置が、ワークピース１２がそのような不均一性を有した場合に、損傷を受けないということが保証されている。
上述した実施形においては、ワークピース１２は、装置１０を通り過ぎる、つまり相応する図においてはそれぞれ「ｖ」で表されている送り速度で通り過ぎる。高圧の水の噴射によって、ワークピース１２の表面は、特有エネルギー入力Ｅ（又はスプレーエネルギー）でもって付勢される。これは、以下のように決定される。
ここでＥは特有エネルギー入力［ＫＪ／ｍ２］、Ｉは衝突圧力［Ｎ／ｍｍ２］、Ｖｓｐｅｚは、ワークピースの幅ｍ毎の特別な体積流［Ｉ／ｓ・ｍ］、ｖはワークピースの送り速度［ｍ／ｓ］である。
ここで、ワークピース１２の表面に流体が当たる衝突圧力Ｉ［英語：Ｉｍｐａｃｔ］は、流体が放射ノズル１６から噴射される圧力及び体積にも、ワークピースの表面２０からの放射ノズル１６の間隔にも依存する。
送り速度ｖを考慮することなく、衝突圧力Ｉの静的な観察のみが行われる。
更に、特別な体積流はＶｓｐｅｚが決定される。
ここで、Ｖｓｐｅｚは、ワークピースの幅ｍ毎の特別な体積流［Ｉ／ｓ・ｍ］、ｖはワークピースの送り速度［ｍ／ｓ］、ｂは、移動方向Ｘに対して横向きの噴射幅［ｍ］である。
本発明は、以下のように機能する。ワークピース１２の表面２０の所望のスケール除去の為に、これは、発明に係る装置１０に対いて移動方向Ｘを動かされる。ここで放射ノズル１６から流体１８が高圧でワークピース１２の表面２０に、つまりその上面にも下面にも噴射される。
上述した式と、それに対して説明された関係を参照しつつ、エネルギー入力Ｅは、例えば、流体が放射ノズルに供給される圧力、及び／又は体積流が高められることによって、及び／又は、ワークピース１２の表面２０に対する放射ノズルの間隔Ａ、及び／又は送り速度ｖが減らされることによって、及び／又は、別の放射ノズル装置が接続されることによって高められることが可能である。言い方を変えると逆に、特有エネルギー入力Ｅの減少は、流体が放射ノズルに供給される圧力、及び／又は体積流Ｖが減少されることによって、及び／又はワークピースの表面２０に対する放射ノズルの間隔Ａ、及び／又は送り速度ｖが大きくされることによって、及び／又は、別の放射ノズル装置が切り離されることによって達成される。
特有エネルギー入力Ｅを高めることは、本発明に従い、例えば、ワークピース１２の表面品質が所定の目標値を下回ることが確認される場合に対して、表面調査装置２６の信号に基づいて、制御装置２２によって行われる。反対解釈すると、特有エネルギー入力Ｅは、ワークピース１２の表面品質が、所定の目標値を含む限り減少されることを意味する。
特に、ワークピース１２の主スケール除去の際には、特有エネルギー入力Ｅを、上述したように表面調査装置２６の信号に基づいて、好ましくは送り速度ｖの変更のみによって調整することが推奨される。
図５は、発明に係る装置１０の運転方法、又は発明に係る方法の実施を具体的に説明するためのシーケンスダイアグラムを示す。
ワークピース１２が、装置１０を移動方向Ｘにおいて通り過ぎ、そしてその際、スケール除去される間、スケール除去品質は、表面調査装置２６によって持続的に監視される。これによって、例えば、ローターモジュール対、又はスプラッシュビーム対３８の形式の放射ノズル装置の近傍かつ直接隣接した位置で、ワークピース１２に対して所望の表面品質が、所定の目標値を達成したかが確認される。そうでない場合には、高圧ポンプユニット２４、又はこれに設けられる一、又は複数の周波数コントローラー２５の適当な駆動によって、放射ノズル１６に流体１８が供給される圧力が制御装置２２によって高められることが可能である。その際、場合によっては、別のポンプが高圧ポンプユニット２４に接続される。
圧力を上述したように適合することに対して補足的に、又は代替的に、追加的な放射ノズル装置を付設することも可能である。図３の実施形は、放射ノズル装置１４．２である。これは例えばローターモジュール対、又はスプラッシュビーム対３８の形式であり、これは、放射ノズル装置１４．１の下流に設けられている。これは、ワークピース１２の所望の表面品質を保つ際、本発明の通常運転に従い、唯一の放射ノズル装置のみが使用されることを意味する。ワークピース１２の表面品質が、所定の目標値を下回るときのみ、本発明の特別運転に従い、第二の放射ノズル装置（図３の１４．２参照）が接続され、その際、この接続された第二の放射ノズル装置の放射ノズル１６から同様に流体１８が高圧でワークピースの表面２０に噴射される。本発明の通常運転においては、唯一の放射ノズルが使用されるという事実は、高圧水の発生のためのエネルギーの節約に貢献する。
図５のシーケンスダイアグラムに従い、装置１０の運転パラメーターの適合も行われることが可能である。制御装置２２による高圧ポンプユニット２４の適当な駆動によって、流体が放射ノズル１６に供給される圧力は、検出可能な残留スケールが、最小の衝突の下回りを示すまで下げられ、そしてその後、この圧力が再び少し上げられる必要がある。ここで、報謝ノズル１６に供給される流体の圧力は、十分大きな値に調整される。この値によって表面品質は、所定の目標値が達成される。
補足的に、及び／又は代替的に、衝突圧力、又はスケール除去圧力の変更は、放射ノズル装置の高さ調整によって行われる。この高さ調整は、図１と図２に、其々矢印「Ｈ」で表されており、そして、高さ調整可能なホルダーＨ（これに放射ノズル装置が取り付けられている）のアクチュエーターが制御装置２２によって適当に制御・駆動されることによって達成される。
補足的に、及び／又は代替的に、特有エネルギー入力Ｅの変更の為に、ワークピース１２の送り速度ｖが適合されることが可能である。
最後に、図５のシーケンスダイアグラムは、ワークピース１２がスケール除去される所望の特有エネルギー入力Ｅを決定する、又は調整するための制御サーキットを示すことに注意されたい。ここで、上述した可能性は、ワークピースの表面品質が、所定の目標値（図４で、「目的結果」と称されている）が達成されるまで実施される。
１０ 装置
１２ ワークピース
１４ 放射ノズル装置
１４．１ 放射ノズル装置
１４．２ 放射ノズル装置
１６ 放射ノズル
１８ 流体
２０ 表面
２２ 制御装置
２３．１ 信号技術
２３．２ 信号技術
２３．３ 信号技術
２３．４ 信号技術
２４ 高圧ポンプユニット
２５ 周波数コントローラー
２６ 表面調査装置
２８ 放射ノズル装置
３６ 放射ノズル装置
３８ 放射ノズル装置
４０ 表面走査装置
Ａ 間隔
Ｈ 高さ調整可能なホルダー
ｖ 送り速度
Ｘ 移動方向

Claims (17)

  1. 装置（１０）に対して移動方向（Ｘ）を移動するワークピース（１２）、好ましくは熱間圧延品のスケール除去の為の装置（１０）であって、流体（１８）、特に水をワークピース（１２）の表面（２０）に高圧で付勢可能である複数の放射ノズル（１６）を有する少なくとも一つの第一の放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）を有し、そして、制御装置（２２）を有する装置（１０）において、
    制御装置（２２）と信号技術的に接続される表面調査装置（２６）が設けられており、この表面調査装置が、ワークピース（１２）の移動方向（Ｘ）に関して放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の下流、かつ放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の近傍に配置されており、その際、表面調査装置（２６）によってワークピース（１２）の表面（２０）のスケールが検出可能であり、かつ
    放射ノズル（１６）から調達される流体によってワークピースの表面を付勢する特有エネルギー入力が、制御装置（２２）によって、表面調査装置（２６）の信号に応じて制御可能、好ましくは調整可能であるよう、制御装置（２２）がプログラム技術的に形成されていることを特徴とする装置（１０）。
  2. 表面調査装置（２６）の信号に基づいて、ワークピース（１２）の表面品質が決定され、そして所定の目標値と比較されるよう制御装置（２２）が、プログラム技術的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置（１０）。
  3. 制御装置（２２）と信号技術的（２３．１）に接続される高圧ポンプユニット（２４）が設けられており、この高圧ポンプユニットが、放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の放射ノズル（１６）と流体接続されており、その際、高圧ポンプユニット（２４）が、制御装置（２２）によって制御可能、好ましくは調整可能であるので、流体（１８）が放射ノズル（１６）に供給される圧力が可変であり、好ましくは、放射ノズル（１６）に供給される流体（１８）の圧力が、ワークピース（１２）の表面品質が、所定の目標値を上回るとき、又は下回るとき、相応して減少させられ、又は高められることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
  4. 高圧ポンプユニット（２４）に、周波数コントローラー（２５）が設けられており、その際、高圧ポンプユニット（２４）が、表面調査装置（２６）の信号に応じて制御され、放射ノズル（１６）に供給される流体（１８）の圧力を相応して減ずる、又は高めることを特徴とする請求項３に記載の装置（１０）。
  5. ワークピース（１２）の表面に対する放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の間隔（Ａ）が可変であり、その際、この間隔（Ａ）が制御装置（２２）によって開ループ制御され、好ましくは閉ループ制御されて調整可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１０）。
  6. ワークピース（１２）の送り速度（ｖ）が、制御装置（２２）によって開ループ制御され、好ましくは閉ループ制御されて調整可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１０）。
  7. 表面調査装置（２６）が、これによってワークピース（１２）の表面（２０）の３Ｄ計測が行われ、そしてそれから、ワークピース（１２）の表面（２０）の高さプロフィルが導き出されるよう形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１０）。
  8. 複数の放射ノズル（１６）を有する第二の放射ノズル装置（１４．２）が設けられており、これが、第一の放射ノズル装置（１４．１）に隣接しており、そしてワークピースの移動方向（Ｘ）に関してその上流、又は下流に配置されており、そして制御装置（２２）と信号技術的に接続されており、その際、ワークピース（１２）の表面品質が、所定の目標値を下回った場合、第二の放射ノズル装置（１４．２）が、第一の放射ノズル装置（１４．１）に対して補足的に接続可能であり、そしてその後、接続された第二の放射ノズル装置（１４．２）の放射ノズル（１６）から流体を高圧でワークピース（１２）の表面（２０）に付勢可能であることを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載の装置（１０）。
  9. 制御装置（２２）と信号技術的（２３．３）に接続される表面走査装置（４０）が設けられており、この表面走査装置が、ワークピース（１２）の移動方向（Ｘ）に関して放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の上流に配置されており、その際、表面走査装置（４０）によってワークピース（１２）の表面（２０）において不均一性が確認された場合、制御装置（２２）が高さ調整可能なホルダー（Ｈ）のアクチュエーターを、放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）のワークピース（１２）に対する間隔（Ａ）が拡大可能であるよう駆動制御するよう、制御装置（２２）が、放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の高さ調整可能なホルダー（Ｈ）のアクチュエーターと信号技術的に接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の装置（１０）。
  10. 複数の放射ノズル（１６）を有する第一の放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）に対して相対的に移動方向（Ｘ）に動かされるワークピース（１２）、好ましくは熱間圧延品のスケール除去の為の方法であって、その際、ワークピース（１２）のスケール除去の為、流体（１８）、特に水が、放射ノズル（１６）から高圧でワークピース（１２）の表面（２０）に噴射される方法において、
    放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）及び表面調査装置（２６）とそれぞれ信号技術的（２３．１；２３．２；２３．３；２３．４）に接続されている制御装置（２２）が設けられており、その際、表面調査装置（２６）によって、ワークピース（１２）の表面（２０）が、放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）に直接隣接し、そしてワークピース（１２）の移動方向に関し放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の下流、かつ近傍において検査され、その際、ワークピースの表面（２０）を放射ノズル（１６）から付勢される流体（１８）によって与えられる特有エネルギー入力が、制御装置（２２）によって表面調査装置（２６）の信号に応じて開ループ制御され、好ましくは閉ループ制御されることを特徴とする方法。
  11. 表面調査装置（２６）の信号に基づいて、ワークピース（１２）の表面品質が決定され、そして所定の目標値と比較されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 制御装置（２２）によって、高圧ポンプユニット（２４）が開ループ制御され、好ましくは閉ループ制御され、流体（１８）が放射ノズル（１６）に供給される圧力を変更することを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
  13. ワークピース（１２）の表面品質が、所定の目標値を下回るとき放射ノズル（１６）に供給される流体（１８）の圧力が高められる、又はワークピース（１２）の表面品質が所定の目標値を維持する限り、放射ノズル（１６）に供給される流体（１８）の圧力が減少されることを特徴とする請求項１１を引用する請求項１２に記載の方法。
  14. 制御装置（２２）によって、ワークピース（１２）の表面（２０）に対する放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の間隔が開ループ制御され、好ましくは閉ループ制御されて変更され、その際、ワークピース（１２）の表面品質が所定の目標値を下回るとき、ワークピース（１２）の表面に対する放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の間隔（Ａ）が減ぜられ、又は、ワークピース（１２）の表面品質が所定の目標値を維持する限りワークピース（１２）の表面（２０）に対する放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の間隔が拡大されることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 移動方向（Ｘ）におけるワークピース（１２）の表面品質が、所定の目標値を下回るときワークピース（１２）の移動方向（Ｘ）における送り速度（ｖ）が減ぜられ、又はワークピース（１２）の表面品質が所定の目標値を維持する限りワークピースの移動方向（Ｘ）における送り速度（Ｖ）が高められることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 表面調査装置（２６）がワークピース（１２）の移動方向（Ｘ）に関して放射ノズル装置（１４；２８；３６；３８）の下流かつこれの近傍に配置されていることを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 第二の放射ノズル装置（１４．２）が設けられおり、この第二の放射ノズル装置が、第一の放射ノズル装置（１４．１）に隣接し、かつワークピースの移動方向（Ｘ）に関してその上流又は下流に配置され、そして制御装置（２２）と信号技術的に接続されており、その際、ワークピース（１２）の表面品質が、所定の目標値を下回るとき、第二の放射ノズル装置（１４．２）が、第一の放射ノズル装置（１４．１）に補足的に接続され、そして接続された第二の放射ノズル装置（１４．２）の放射ノズル（１６）から流体が高圧でワークピース（１２）の表面（２０）に噴射されることを特徴とする請求項１０から１６のいずれか一項に記載の方法。
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