Die möglichst exakte Regelung der Messgutbreite ist in Warmwalzstraßen entscheidend für die Produktqualität sowie die Effizienz des Walzprozesses. Eine gezielte Beeinflussung der Materialbreite ist im Wesentlichen nur im Vorgerüst möglich – die Kenntnis der exakten Messgröße an dieser frühen Stelle somit von entscheidender Bedeutung. Die im Bereich des Vorgerüsts herrschenden rauen Umgebungsbedingungen mit dem typisch hohen Aufkommen an Spritzwasser, Dampf und Zunder erschweren den Einsatz von optischen Messsystemen. Es wären komplexe Kühl- und Absaugvorrichtungen notwendig sowie ein intensiver Wartungsaufwand, um die Breite durch die Kamerasicht sicher messen zu können. Eine technisch und wirtschaftlich attraktive Alternative bietet hier der Einsatz eines radarbasierten Messverfahrens.
Vorgeschichte
Bereits vor einigen Jahren entwickelte die IMS Messsysteme GmbH in Kooperation mit dem Fraunhofer FHR und der Salzgitter Flachstahl GmbH ein auf Radartechnik basierendes Messsystem, das eine stabile und präzise Messung der Breite am Vorgerüst ermöglichte. Bevor das neu entwickelte System in Betrieb ging, wurde am Auslauf des Vorgerüsts zunächst die Messgenauigkeit und Stabilität durch den Vergleich mit einer optischen Breitenmessung nachgewiesen. Nach dem Umbau an den finalen Standort direkt am Einlauf des Vorgerüsts konnte eine Verfügbarkeit des Radar Breiten-Messsystems von 99 % erzielt werden. Die finale Installation des Radar Breiten-Messsystems erfolgte bei der Salzgitter Flachstahl GmbH 2017 zwischen der Stauchpresse und der Vorstraße, unmittelbar vor dem Stauchgerüst – eine Positionierung, die eine vollständige Vermessung der Breite über die gesamte Brammenlänge vor jedem Stauchstich ermöglichte. Der Wartungsaufwand beschränkt sich im Wesentlichen auf die Reinigung des Messfensters im Rahmen der üblichen Wartungsstillstände. Eine neue Justage und Kalibrierung ist nur selten nötig, wie zum Beispiel nach Umbauten im Bereich der Messstelle. „Es wurden bereits diverse Messverfahren in dieser widrigen Umgebung geprüft. Allerdings waren bei allen Anwendungen der Wartungsaufwand und die Fehlerquote so hoch, dass eine dauerhafte Verfügbarkeit nicht gewährleistet war. Erst die Radar Breiten-Messung bietet eine sehr gute Verfügbarkeit bei minimalem Wartungsaufwand“, bestätigt Ingo Leckel, Mitarbeiter der Fertigungsmesstechnik Warmbreitbandwalzwerk bei der Salzgitter Flachstahl GmbH die Vorteile des Radar Breiten-Messsystems.
Früherkennung von inneren Einschlüssen und Schalendefekten
Löst gleich mehrere Probleme
Eine durch die SMS Group umgesetzte Integration der Radar Breiten-Messung in das Automatisierungssystem verdeutlichte mit den im Echtbetrieb ermittelten Messergebnissen schließlich eindrücklich, welch hohes Potential das Radar Breiten-Messsystem für eine Optimierung der Breiten-Performance bietet:
- Ein Breitenfehler der Stauchpresse, verursacht durch einen mechanischen Schaden, konnte zunächst mit Hilfe der Radar Breiten-Messung detektiert werden
- Der nach der Reparatur der Stauchpresse verbliebene Breitenfehler wurde schließlich durch die Implementierung eines Adaptionsmodells korrigiert, welches als Eingangsgröße unter anderem die Daten der Radar Breiten-Messung verwendete
- Mit Hilfe der durchgeführten Maßnahmen konnte der Setzfehler der Stauchpresse signifikant reduziert werden, so dass nun konstante Eingangsbedingungen für den Walzprozess in der Vorstraße galten
Die gemessene Brammenbreite aus den Rückwärtsstichen ging ebenfalls als Messgröße in die Nachberechnungen des Stichplanrechners PSC ein. Auf Basis der gemessenen Breite erfolgte eine verbesserte Vorausberechnung der Stichpläne für die verbleibenden Stiche in der Vorstraße (sogenanntes Nachsetzen). Durch die Berücksichtigung der Radar Breiten-Messung konnte der Modellfehler hinsichtlich der Vorbandbreite weiter deutlich reduziert werden. Dies führte zu noch gleichmäßigeren Eingangsbedingungen für die Vorstraße. „Wir konnten signifikante Verbesserungen hinsichtlich der Prozessstabilität erzielen. Dies war nur aufgrund der hohen Zuverlässigkeit der Radar Breiten-Messung, auch in den rauen Umgebungsbedingungen im Einlauf der Vorstraße, möglich“, resümiert Dr. Olaf Jepsen, Leiter R&D der SMS group GmbH.
Kompakt mit geringem Wartungsaufwand
Die geringe Empfindlichkeit gegenüber Dampf und Spritzwasser ist also einer der wesentlichen Vorteile des Radar Breiten-Messsystems. Weitere Vorteile sind:
- Die kompakte und robuste Konstruktion, bestehend aus zwei separaten Baueinheiten, die den Abstand zur jeweiligen Bandkante messen, ermöglicht eine unkomplizierte Integration des Systems in bestehende Warmwalzwerke.
- Die beiden Systemeinheiten werden seitlich des Rollgangs positioniert, wodurch herabfallender Zunder sowie Vibrationen am Walzgerüst keine Beeinträchtigung für die Messleistung oder Lebensdauer des Systems darstellen.
- Absaug- und Kühlvorrichtungen entfallen aufgrund der Unempfindlichkeit des Systems gegenüber Hitze, Dampf und Schmutz.
- Das Radar Breiten-Messsystem ist wartungsarm und insgesamt wirtschaftlich kostengünstig zu betreiben.
- Weiterführende Sicherheitsvorrichtungen und -maßnahmen entfallen aufgrund der geringen Sendeleistung der Sensoren.
- Die Sendefrequenzen der FMCW-Radarsensoren liegen im freien Frequenzband zwischen 57 und 64 GHz. Dadurch kann das System ohne aufwändige Zulassungsverfahren sicher betrieben werden, wobei die große Bandbreite eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht.
Auch bei Grobblechstraßen nützlich
Inzwischen ist die Radar Breiten-Messung ein fester Bestandteil des Produktportfolios der IMS Messsysteme GmbH und wurde weltweit bereits in mehreren Warmwalzwerken erfolgreich installiert. Ergänzend zu einem Einsatz in Warmwalzwerken hat sich die Integration der Radar Breiten-Messung zwischenzeitlich auch in Grobblechstraßen bewährt. Der entscheidende Vorteil ist hier ebenfalls der Aufbau des Systems mit seinen zwei separaten, seitlich des Rollgangs positionierten Messeinheiten, der eine Messung über den gesamten Breitenbereich ohne einen aufwändigen Überbau ermöglicht.
