способ и устройство для анализа слоя вспомогательного материала на деформируемом изделии

Формула изобретения

1. Способ анализа слоя вспомогательного материала (50) на поверхности деформируемого изделия (40), в частности, металлической полосы в процессе прокатки, включающий измерение в режиме реального времени посредством спектрального анализа различных величин, отличающийся тем, что спектральный анализ осуществляют перед и/или после процесса обработки давлением посредством индуцированного лазером, флуоресцентного спектрального анализа с разрешением во времени или методом спектрального анализа в инфракрасной области света.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализу подвергают смазочное средство, или охлаждающе-смазочную жидкость, или дрессировочное средство, или увлажняюще-дрессировочное средство.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве измеряемых величин, относящихся к вспомогательному материалу (50), используют, например, количество материала на единицу поверхности, температуру, состав, равномерность распределения на деформируемом изделии (40) и/или толщину слоя.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что измеренные величины направляют в, по меньшей мере, один регулировочный контур, который обеспечивает нанесение вспомогательного материала (50) на деформируемое изделие согласно заданных целевых значений, причем целевые значения для регулирующих величин задают таким образом, чтобы они приводили к установке определенных параметров обработки давлением в самом процессе обработки давлением и/или для образования характеристик качества в соответственно желательной степени в подвергнутом обработке давлением деформируемом изделии.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве параметров, способных оказывать влияние на параметры обработки давлением, используют, например, величину усилия прокатки или силу вибрации валков.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что регулирующий контур в случае регистрации нежелательного или дефектного, например загрязненного, состава вспомогательного материала выполняют с возможностью обращения к запасным резервуарам с различными компонентами, из которых составлен вспомогательный материал, для обеспечения смешивания впоследствии вспомогательного материала в соответствии с заданными целевыми значениями для его состава.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что для расчета целевых значений процесса обработки давлением используют имитацию с помощью математической модели.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что характеристикой качества для подвергнутого обработке давлением деформируемого изделия является, например, гладкость, блеск или текстура, в частности, отсутствие рисунка в виде елки.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что к отдельным компонентам вспомогательного материала целенаправленно добавляют маркирующие или индицирующие субстанции.

10. Устройство (10) для анализа слоя вспомогательного материала (50) на поверхности деформируемого изделия (40), в частности, металлической полосы, содержащее по меньшей мере одно детекторное устройство (12) для образования сигналов сканирования слоя вспомогательного материала (50) на поверхности деформируемого изделия (40), в частности, в прокатной клети, анализирующее устройство (14) для анализа производимого детекторным устройством (12) сигнала сканирования в отношении замеряемых величин для вспомогательного материала (50), выполненное в виде работающего в реальном режиме времени устройства спектрального анализа, отличающееся тем, что детекторное устройство (12) выполнено в виде множества детекторных элементов (12', 12''), расположенных перед и/или после устройства (20) обработки давлением на одной линии (L), проходящей в направлении, имеющим компоненту, направленную поперек направления (R) прокатки деформируемого изделия.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно снабжено одним осветительным средством (16) для освещения вспомогательного материала на деформируемом изделии (40) во время снятия показаний.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в качестве детекторного устройства (12) использован сканнер.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что анализирующее устройство (14) выполнено с возможностью анализа производимого детекторным устройством (12) сигнала сканирования в отношении замеряемых величин для вспомогательного материала при осуществлении способа по любому из пп.1-9.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу анализа слоя вспомогательного материала на поверхности деформируемого изделия, в частности металлической полосы, в отношении различных замеряемых величин перед и/или после процесса обработки давлением, в частности процесса прокатки. Изобретение относится, кроме того, к устройству, содержащему, по меньшей мере, одно детекторное устройство для создания сигнала сканирования для слоя вспомогательного материала на поверхности деформируемого изделия, причем детекторное устройство расположено перед и/или после устройства обработки давлением, в частности прокатной клети, и анализирующее устройство для анализа производимого детекторным устройством сигнала сканирования в отношении различных специфических замеряемых величин для вспомогательного материала.

В принципе при процессах обработки давлением имеется потребность в применении вспомогательного материала в целях обеспечения достаточного отделения прокатываемого изделия от валков. В случае если такое отделение не происходит желательным образом, возникает металлический контакт участвующих в обработке давлением элементов и вследствие их относительного движения по отношению друг к другу возникают повреждения желательной структуры поверхности прокатываемого изделия.

Из уровня техники известны в связи с этим многие способы согласно типу:

из DE 197 44 503 A1 известно устройство и способ оказания воздействия на характеристики трения между соответственно верхним и нижним валком в прокатных клетях прокатных станов для горячей прокатки широких полос и холодной прокатки полос. Способ при этом, в сущности, отличается тем, что верхняя сторона полосы и/или нижняя сторона полосы прокатываемого изделия на входной стороне прокатной клети посредством распыляющего устройства смачивается определенным количеством жидкости, а регулирующее устройство регулирует соответствующее количество и выдачу жидкости, причем в качестве регулирующей величины используется предварительно определенная или рассчитанная в связи с фактическим моментом вращения нижнего и/или верхнего валка величина. С помощью такого способа следует, в частности, достичь того, что как между верхней стороной полосы прокатываемого изделия и верхним валком, а также между нижней стороной полосы прокатываемого изделия и нижним валком возникли приблизительно одинаковые характеристики трения, чтобы повысить коэффициент полезного действия процесса прокатки, а также снизить износ верхнего и нижнего валка и, далее, погасить часто возникающую при увеличенных снижениях толщины склонность к вибрациям.

В случае этого и других, известных ранее способов, в принципе, существует потребность в том, чтобы достичь более высокой производительности и высококачественной металлической полосы при экономии этапов процесса, причем более высокое качество полосы должно быть возможным благодаря более стабильному процессу прокатки, в частности приведения в соответствие трения в зазоре валков.

Эта задача относительно способа решается благодаря тому, что анализ вспомогательного материала осуществляется в режиме реального времени посредством спектрального анализа. Эта задача в отношении устройства решается согласно изобретению благодаря тому, что анализирующее устройство выполнено в виде устройства для спектрального анализа, работающего в режиме реального времени.

Понятие вспомогательный материал в рамках настоящего описания означает, в общем, материал, который служит для того, чтобы в процессе обработки давлением, в частности процессе прокатки, обеспечить достаточное разделение между деформируемым изделием и устройством обработки давлением, в частности рабочими валками.

В п.1 формулы изобретения заявляются три различные альтернативы для анализа вспомогательного материала, а именно анализ перед процессом обработки давлением, анализ после процесса обработки давлением и анализ до и после процесса обработки давлением.

Анализ вспомогательного материала на деформируемом изделии перед вводом в процесс обработки давлением предпочтительным образом позволяет осуществить контроль качества покрытия вспомогательным материалом, например, проведено ли нанесение гомогенно или - возможно, целенаправленно - негомогенно.

Из одного лишь анализа остаточного количества вспомогательного материала, остающегося на поверхности прокатываемого изделия после процесса обработки давлением, можно предпочтительным образом, во-первых, решить, является ли это остаточное количество слишком большим, слишком малым или приемлемым; и в зависимости от этого можно затем наносимое перед процессом обработки давлением на деформируемое изделие количество вспомогательного материала уменьшить или увеличить, или оставить без изменения. Результат анализа в отношении химического состава вспомогательного материала на деформируемом изделии после процесса обработки давлением можно предпочтительным образом применить для того, чтобы целенаправленно установить состав вспомогательного материала и/или его температуру при нанесении на деформируемое изделие перед процессом обработки давлением.

Упомянутая третья альтернатива, а именно анализ вспомогательного материала перед процессом и после процесса обработки давлением позволяет предпочтительным образом сделать заключение о расходе вспомогательного материала во время процесса обработки давлением. Полученное таким образом количество использованного вспомогательного материала позволяет, в свою очередь, снова сделать заключение о термических условиях во время процесса обработки давлением. Наряду с использованным количеством заявленный анализ позволяет с помощью спектрального анализа сравнить химический состав вспомогательного материала перед процессом и после процесса обработки давлением, причем сравнение позволяет сделать заключение о расходе различных компонентов вспомогательного материала, как, например, добавок, или об образовании продуктов реакции во время процесса обработки давлением. Такие установленные условия могут целенаправленно поддерживаться, если они желательны, т.е. в случаях, где необходимые для деформации материалы образуются лишь во время процесса обработки давлением или им можно своевременно противодействовать.

Наконец, в качестве особенно предпочтительного признака п.1 формулы изобретения следует упомянуть, что спектральный анализ вспомогательного материала проводится в режиме реального времени. Результаты спектрального анализа вспомогательного материала, таким образом, имеются в распоряжении в реальный момент времени и могут непосредственно, т.е. еще во время действующего процесса обработки давлением, использоваться для того, чтобы повлиять на него. Это влияние может проявиться в форме целенаправленного воздействия посредством техники управления или техники регулирования на устройство обработки давлением или, как уже упоминалось, на нанесенный вспомогательный материал.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения в отношении спектрального анализа речь идет об индуцированном лазером флуоресцентном спектральном анализе с разрешением во времени или о спектральном анализе в инфракрасной области света. Они являются особенно пригодными методами измерений для анализа слоя вспомогательного материала.

Согласно другому признаку варианта выполнения настоящего изобретения предусмотрено, что в отношении вспомогательного материала речь идет, например, о смазочном веществе, смазочно-охлаждающей жидкости, о дрессировочном средстве или об увлажняюще-дрессировочном средстве.

В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения является целесообразным, чтобы в отношении анализируемых замеряемых величин для вспомогательного материала замерялись, например, его количество на единицу поверхности, его состав, равномерность его распределения на деформируемом изделии и/или толщина его слоя. В отношении получающихся при этом преимуществ следует обратиться к уже изложенному выше.

Согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения рекомендуется, чтобы замеренные величины направлялись в качестве регулирующих величин, по меньшей мере, в один регулирующий контур, который контролирует нанесение покрытия вспомогательным материалом на деформируемое изделие в отношении заданных целевых значений, причем целевые значения для регулируемых величин заданы таким образом, чтобы они - при взятии за основу известного ранее процесса обработки давлением - приводили к установке определенных параметров деформации при процессе обработки давлением и/или к образованию характеристик качества деформированного изделия в соответственно желательной степени. В случае подлежащих влиянию параметров обработки давлением речь может идти в предпочтительном варианте выполнения, например, о величине усилия прокатки или о степени вибрации валков в устройстве обработки давлением.

Согласно другому воплощению настоящего изобретения предусмотрено, что регулирующий контур - в случае регистрации нежелательного или ошибочного, например, содержащего загрязнения состава вспомогательного материала - выполнен с возможностью обращения к запасной емкости с различными компонентами, из которых составлен вспомогательный материал, чтобы вспомогательный материал впоследствии смешивать вместе в соответствии с заданными должными значениями для его состава или его состав корректировать еще во время осуществляемого процесса обработки давлением.

Согласно другому варианту настоящего изобретения целесообразно, чтобы для расчета должных значений процесса обработки давлением осуществлялась имитация с помощью математической модели.

В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения предусмотрено, что, имея в виду признаки качества деформированного изделия, речь идет, например, о его ровности, его блеске или его текстуре, в частности об отсутствии рисунков в виде елки.

В соответствии с другим вариантом в отношении способа согласно настоящему изобретению предусмотрено, что к отдельным компонентам вспомогательного материала целенаправленно добавляются маркирующие или индицирующие вещества. Эти маркирующие и/или индицирующие вещества могут, по желанию, целенаправленно добавляться к отдельным компонентам вспомогательного материала, чтобы соответствующим образом настроить силу их сигнала.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения относительно устройства предусмотрено, по меньшей мере, одно средство для освещения вспомогательного материала на деформируемом изделии во время снятия показаний. Освещение способствует активированию или усилению действия маркирующих или индицирующих веществ и улучшает в целом обнаружение и тем самым результат спектрального анализа, например, относительно распределения количества или распределения состава вспомогательного материала также поперек направления прокатки.

Если детекторное устройство или источник освещения имеются в наличии лишь в одном экземпляре перед и/или после устройства обработки давлением и по сравнению с шириной деформируемого изделия имеет небольшие размеры, то предпочтительно, чтобы они были выполнены с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно направления прокатки, чтобы позволить детектирование и анализ вспомогательного вещества по всей ширине деформируемого изделия. Если детекторное устройство присутствует в виде большого количества осветительных элементов и выполнено перед и/или после зазора между валками, то эти элементы необязательно должны быть перемещаемыми; разумеется, было бы предпочтительно, если эти элементы также были распределены по деформируемому изделию в поперечном направлении относительно направления прокатки, чтобы позволить анализ вспомогательного материала по всей ширине деформируемого изделия. Детекторное устройство или детекторные элементы выполнены предпочтительно в виде сканнера.

Наконец, согласно последнему варианту настоящего изобретения предусмотрено, что анализирующее устройство выполнено для проведения способа в соответствии с одним из связанных с ним п.п.формулы изобретения.

К описанию приложены четыре фигуры, которые показывают:

Фиг.1 - первый пример выполнения изобретения;

Фиг.2 - вариант формирования детекторного устройства;

Фиг.3 - второй пример выполнения изобретения;

Фиг.4 - третий пример выполнения изобретения.

Далее изобретение подробно описывается со ссылкой на указанные фигуры в форме примеров выполнения. На всех фигурах одинаковые технические элементы имеют одинаковые обозначения. Добавки "-I" "-r" к отдельным символам означают, что соответственно обозначенные элементы при рассмотрении в направлении R прокатки расположены либо перед (-I), либо после (-r) устройства 20 обработки давлением. Для простоты обозначения в последующем описании, как правило, применяются без этих добавок, поскольку это кажется необязательно необходимым для изображения конкретной ситуации.

Изобретение в целом относится к способу и соответствующему устройству для анализа слоя вспомогательного материала на поверхности деформируемого изделия, которое вводится в процесс обработки давлением.

Фиг.1 показывает первый пример выполнения. Конкретно на фиг.1 схематически изображено устройство 20 обработки давлением в форме прокатного стана. В устройство 20 обработки давлением направляется деформируемое изделие 40 для обработки давлением, например, с целью снижения толщины. Деформируемое изделие 20 проходит через устройство 20 обработки давлением в направлении R прокатки.

В целях упрощения процесса обработки давлением и для повышения качества деформируемого изделия 40 после процесса обработки давлением в отношении определенных признаков качества, как, например, гладкость, блеск, текстура или отсутствие рисунков в виде елки и т.д., на деформируемое изделие 40 перед вводом в устройство 20 обработки давлением подается посредством ряда форсунок 30 вспомогательный материал 50. В отношении вспомогательного материала речь может идти, например, о смазочном средстве, смазочно-охлаждающей жидкости, дрессировочном средстве или увлажняюще-дрессировочном средстве. Вспомогательный материал, как показывает фиг.1, наносится на верхнюю сторону деформируемого изделия 40 или на его нижнюю сторону (не показано, действительно также для всех последующих примеров выполнения).

В показанном на фиг.1 первом примере выполнения изобретения нанесенный на поверхность деформируемого изделия 40 вспомогательный материал анализируется с помощью устройства 10 согласно изобретению, прежде чем оно вместе с деформируемым изделием 40 войдет в устройство 20 обработки давлением. Устройство 10 согласно изобретению включает в себя детекторное устройство 12 для получения сигнала сканирования для слоя вспомогательного материала 50 на поверхности деформируемого изделия 40; в отношении детекторного устройства 12 речь может идти, например, о сканнере.

Фиг.2 показывает пример формирования детекторного устройства 12 в пространстве. Например, там показано, что детекторное устройство может состоять из отдельных детекторных элементов 12', 12'' , предпочтительно сканирующих элементов, которые неподвижно установлены на линии L с компонентой поперек направления R прокатки. В качестве альтернативы этому детекторное устройство 12 может также состоять лишь из одного сканирующего элемента, который в этом случае все же предпочтительно установлен с возможностью перемещения с компонентой поперек направления R прокатки и, таким образом, в направлении ширины деформируемого изделия 40. Оба альтернативных варианта служат для того, чтобы, например, определять распределение вспомогательного материала по количеству и температуре или распределение его химического состава также поперек направления R прокатки.

На фиг.1 можно далее распознать, что образуемый детекторным устройством 12 сигнал сканирования направляется в анализирующее устройство 14 для его оценки. В отношении анализирующего устройства речь идет об устройстве для спектрального анализа, которое работает, например, в инфракрасной области света или по принципу индуцируемого лазером флуоресцентного спектрального анализа с разрешением во времени. Анализирующее устройство 14 оценивает полученный от детекторного устройства сигнал в отношении различных замеренных величин для вспомогательного материала 50. В отношении этих замеренных величин речь может идти, например, о количестве вспомогательного материала на единицу поверхности, его химическом составе, равномерности его распределения на деформируемом изделии 40, например, также поперек направления R прокатки и/или о толщине слоя вспомогательного материала 50 на деформируемом изделии 40.

Анализ вспомогательного материала 50 согласно показанному на фиг.1 первому примеру выполнения перед его входом в устройство 20 обработки давлением посредством описанного со ссылкой на фиг.2 детекторного устройства позволяет предпочтительным образом, например, проконтролировать, нанесен ли вспомогательный материал желательным образом на поверхность деформируемого изделия 40 в направлении ширины, т.е. поперек направлению R прокатки. Желательным является, как правило, равномерное гомогенное распределение; альтернативно этому может быть, однако, также желательным целенаправленное негомогенное распределение. Распределение относится, в частности, к толщине слоя нанесенного вспомогательного материала 50; оно может, однако, также относиться к его локальному химическому составу. Если проведенный анализирующим устройством 14 спектральный анализ выдает результаты по распределению, отклоняющиеся от желательного распределения количества, то в показанной на фиг.1 компоновке существует возможность целенаправленно воздействовать на ряд 30 форсунок, например, целенаправленно включая или выключая отдельные из форсунок. При необходимости можно также воздействовать корректирующим образом в некоторых случаях на химический состав наносимого вспомогательного материала, добавляя в той или иной степени отдельные компоненты этого вспомогательного материала из соответствующих запасных резервуаров. На основе того, что спектральный анализ сигнала сканирования согласно изобретению поступает в режиме реального времени, то описанные в качестве примера корректирующие вмешательства предпринимаются в реальном времени также во время работающего процесса обработки давлением.

Во время процесса сканирования вспомогательный материал 50 на поверхности деформируемого изделия 40 подвергается освещению с помощью осветительного средства 16, чтобы улучшить распознавание измеряемых величин для вспомогательного материала детекторным устройством.

Фиг.3 показывает второй пример выполнения настоящего изобретения, причем устройство 10 согласно изобретению, если смотреть в направлении R прокатки, расположено лишь после устройства 20 обработки давлением. Устройство 10 может осуществлять анализ вспомогательного материала 50 на поверхности деформируемого изделия 40 после проведенного процесса обработки давлением. В частности, таким образом, существует возможность определить оставшиеся на поверхности после процесса обработки давлением остаточные количества вспомогательного материала 50. Остаточные количества предпочтительным образом можно направить, например, в устройство регулирования количества вспомогательного материала 50, которое регулирует направленное количество вспомогательного материала перед устройством обработки давлением, например, для обеспечения минимальной в количественном отношении смазки. Минимальная в количественном отношении смазка отличается тем, что на входной стороне устройства 20 обработки давлением наносится лишь столько вспомогательного материала 50, сколько необходимо во время процесса обработки давлением. Само собой разумеется, анализ вспомогательного материала 50 после устройства 20 обработки давлением снова позволяет проводить определение химического состава вспомогательного материала 50 и, при необходимости, требуемое корректирование химического состава. Как уже упоминалось со ссылкой на фиг.1, химическим составом можно управлять, оказывая целенаправленное влияние на частичное количество отдельных компонентов вспомогательного материала, обращаясь к соответствующим запасным резервуарам. Также можно своевременно распознать возможные загрязнения во вспомогательном материале и, возможно, устранить. Загрязнение вспомогательного материала 50 может произойти, например, жидкостью для гидросистемы, которая во время процесса обработки давлением смешивается со вспомогательным материалом 50 в устройстве 20 обработки давлением.

Исходя из информации о химическом составе остаточных количеств вспомогательного материала на поверхности деформируемого изделия 40 после процесса обработки давлением, кроме того, можно целенаправленно оказывать влияние на температуру вспомогательного материала.

Фиг.4 показывает, наконец, третий пример выполнения настоящего изобретения, который представляет, в сущности, комбинацию первого и второго примера выполнения. Комбинацию следует видеть в том, что в третьем примере выполнения устройство 10 согласно изобретению расположено как перед устройством, так и после устройства 20 обработки давлением. Благодаря расположению устройства по обе стороны становится возможным упомянутые выше измеряемые величины для вспомогательного материала 50 определять как перед процессом, так и после процесса обработки давлением, а затем сравнивать между собой. Так, например, можно по замеренному детектором количеству вспомогательного материала 50 перед устройством и после устройства 20 обработки давлением сделать заключение о расходе вспомогательного материала во время процесса обработки давлением. Расход, в свою очередь, позволяет сделать вывод о термических условиях во время процесса обработки давлением, а термические условия при точном знании процесса обработки давлением снова позволяют сделать заключение о качестве деформируемого изделия 40 после прохождения процесса обработки давлением, т.е. заключение о его блеске, ровности, его текстуре или глубине его шероховатости.

Сравнение химического состава вспомогательного материала 50 перед устройством и после устройства 20 обработки давлением позволяет сделать заключение о расходе определенных добавок или образовании продуктов реакции во время процесса обработки давлением. Этому свойству можно противодействовать или совершенно целенаправленно его поддержать, последнее в случаях, где необходимые для деформации вещества образуются лишь во время процесса обработки давлением.

Для проведения только что описанных сравнительных операций и для проведения пригодного в каждом случае воздействия на вспомогательный материал 50 или процесс обработки давлением требуется сравнивающее и регулирующее устройство, которое на фиг.4 имеет обозначение 70.

Регулирующее устройство 70 может быть выполнено, в частности, чтобы соответственно регулировать весь процесс обработки давлением на основе его математической модели в отношении упомянутых выше, заранее определенных характеристик качества для деформируемого изделия 40. В целях реализации этих характеристик качества в регулирующее устройство 70 вводятся соответствующие измеряемые величины, которые представляют действительные значения, и типичным образом сравниваются с заданными целевыми значениями. Таким образом, полученные от оценивающего устройства 14 согласно изобретению и определенные замеряемые величины, как, например, количество вспомогательного материала 50 на единицу поверхности, его температура, его химический состав или его распределение по поверхности деформируемого изделия, направляют в регулирующее устройство 70 и с учетом математической модели процесса обработки давлением соответственно оценивают. Измерительный прибор 60 на фиг.4 предоставляет, например, измерение остальных замеряемых величин в качестве входных величин для регулирующего устройства 70, которые не подготавливаются анализирующим устройством 14. Для реализации желательных характеристик качества деформируемого изделия выполнено регулирующее устройство 70, чтобы по оценке полученных замеренных величин при использовании математической модели процесса обработки давлением соответствующим образом воздействовать на процесс обработки давлением. Это воздействие традиционно осуществляется путем установки усилия прокатки в устройстве 20 обработки давлением, однако воздействие может относиться также согласно настоящему изобретению, как это уже описано выше со ссылкой на примеры выполнения, к количеству, химическому составу, распределению или температуре нанесенного вспомогательного материала 50.