DE69325807T2

DE69325807T2 - Verfahren und system zum schleifen von brammen

Info

Publication number: DE69325807T2
Application number: DE69325807T
Authority: DE
Inventors: Kazumi Daitoku; Yoshikazu Ikemoto; Hiroyuki Matsumura; Kenji Minami; Fujiya Nogami; Tomoharu Shimokasa; Hidetaka Tanaka; Keiji Tsujita
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2013-02-24
Also published as: ES2134256T3; EP0645214A1; JPH06126630A; EP0645214B1; DE69325807D1; AU670573B2; AU3574893A; TW245673B; WO1994008754A1; BR9305541A; KR0161671B1; EP0645214A4; CN1085840A; CN1095728C

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft das Schleifen von Materialoberflächen und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Schleifen fehlerhafter Oberflächenabschnitte von Stahlerzeugnissen, wie Brammen, Walzblöcken und Barren bei Stranggießstraßen oder Blockgießstraßen oder dergleichen, und diesen folgende Nachbearbeitungsprozesse.[0001]

STAND DER TECHNIK

Durch Stranggieß- oder Blockgießprozesse hergestellte Stahlprodukte, wie Walzblöcke, Brammen und Barren können während des Gießens verschiedene Defekte entwickeln. Diese Defekte führen zu einer Verringerung der Produktausbeute und zu einer Verschlechterung der Produktqualität bei dem Gießen folgenden Nachbearbeitungsprozessen.[0002]
Um dieses Problem anzugehen, werden diese Defekte durch ein während oder nach der Herstellung von Stahlerzeugnissen, wie Brammen, Walzblöcken oder Barren, erfolgendes Aufbereiten beseitigt, so daß nur Stahlerzeugnisse, von denen alle Defekte entfernt worden sind, den Nachbearbeitungsprozessen zugeführt werden, wodurch eine Verringerung der Produktausbeute und eine Verschlechterung der Produktqualität verhindert werden.[0003]
Allgemein verwendete Mittel zum Aufbereiten von Stahlerzeugnissen sind ein Flammstrahlen unter Verwendung einer Heiß-Flammstrahleinrichtung und ein Schleifen unter Verwendung einer Schleifeinrichtung. Ein Beispiel des Flammstrahlverfahrens ist im offengelegten japanischen Patent 52-5644 dargestellt, bei dem ein Rollengerüstkran so angeordnet ist, daß er zwei Stützträger aufweist, an denen zwei bewegliche Düsenbetriebseinheiten für die seitliche bzw. die obere Fläche angebracht sind. Ein weiteres Beispiel des Flammstrahlverfahrens ist im offengelegten japanischen Patent 52-81048 dargestellt, demgemäß das Flammstrahlen unter Verwendung mehrerer quer angeordneter Brenner ausgeführt wird, wodurch es ermöglicht ist, übermäßige Defekte zu beseitigen, ohne zu Beginn ein unterstützendes Flammstrahlen in Querrichtung vorzunehmen.[0004]
Ein Beispiel für das Schleifen unter Verwendung einer Schleifeinrichtung ist im offengelegten japanischen Patent 4846993 dargestellt, demgemäß Barren und dergleichen unter Verwendung eines mit einem Schleifmittel versehenen Rads, dessen Schleifleistung durch das Verwenden eines hydraulischen oder pneumatischen Zylinders verbessert ist, geschliffen werden. Ein weiteres Beispiel des Schleifverfahrens ist im offengelegten japanischen Patent 1-242729 dargestellt, demgemäß gegossene Edelstähle oder andere Edel stahlerzeugnisse aufbereitet werden, um alle fehlerhaften Abschnitte in einem speziellen Temperaturbereich wirksam zu beseitigen, wodurch das Problem des Selbsthärtens von Edelstählen umgangen wird.[0005]
Abgesehen von den oben beschriebenen Verfahren des Beseitigens von Defekten durch Aufbereiten durch Flammstrahlen oder Schleifen wurden verschiedene andere Aufbereitungsverfahren vorgeschlagen, die hauptsächlich auf das Entzundern während der Herstellung von Stahlerzeugnissen gerichtet sind. Beispielsweise ist im offengelegten japanischen Patent 51-97894 ein Verfahren offenbart, demgemäß ein vorgegebener Typ eines Schleifmittels durch Düsen auf die Oberfläche einer Edelstahlplatte gesprüht wird, um gleichzeitig ein Naßschleifen und ein Entzundern zu bewirken.[0006]
Wie jedoch weiter unten erörtert wird, treten bei den oben beschriebenen Verfahren des Aufbereitens von Stahlerzeugnissen verschiedene Probleme auf.[0007]
Sowohl beim im offengelegten japanischen Patent 52-5644 offenbarten Flammstrahlverfahren, bei dem ein Rollengerüstkran so angeordnet ist, daß er zwei Stützträger aufweist, an denen zwei bewegliche Düsenbetriebseinheiten für die seitliche bzw. die obere Fläche angebracht sind, als auch beim im offengelegten japanischen Patent 52-81048 offenbarten Verfahren, bei dem ein Flammstrahlen unter Verwendung mehrerer quer angeordneter Brenner ausgeführt wird, wodurch es ermöglicht ist, ein Flammstrahlen an übermäßigen Defekten vorzunehmen, ohne ein unterstützendes Flammstrahlen auszuführen, tritt das Problem auf, daß beim Flammstrahlvorgang selbst eine hohe Temperatur und eine große Menge Staub auftreten, was eine Verschlechterung der Arbeitsbedingungen nach sich zieht. Es ist bei diesen Verfahren weiterhin schwierig, irgendwelche Defekte zu unterscheiden, die nach dem Flammstrahlen an der Oberfläche der Stahlprodukte bleiben.[0008]
Es ist beim Flammstrahlen weiterhin nicht möglich, die Flammstrahltiefe zu steuern, wodurch eine Ungleichmäßigkeit auftritt. Es bleiben demgemäß einige Defekte übrig, um dies jedoch zu verhindern, wird das Ausmaß des Flammstrahlens erhöht, was zu einer Verringerung der Ausbeute führt.[0009]
Ein weiteres Problem beim Flammstrahlen besteht im Vergleich mit anderen Verfahrenstypen darin, daß dabei umfangreiche Geräte zum Automatisieren des Prozesses erforderlich sind, um eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen und der Betriebswirksamkeit zu erreichen, was zu hohen Kosten führt.[0010]
Was Schleifverfahren angeht, bei denen eine Schleifeinrichtung verwendet wird, wie beispielsweise das oben beschriebene, im offengelegten japanischen Patent 48- 46993 offenbarte Verfahren, bei dem Barren und dergleichen unter Verwendung eines mit einem Schleifmittel versehenen Rads geschliffen werden, dessen Schleifleistung durch das Verwenden eines hydraulischen oder pneumatischen Zylinders verbessert ist, und das im of fengelegten japanischen Patent 1-24729 offenbarte Verfahren, bei dem durch eine Schleifeinrichtung ein Aufbereiten von gegossenen Edelstählen oder anderen Edelstählen in einem speziellen Temperaturbereich ausgeführt wird, sei bemerkt, daß bei diesen Verfahren ebenso wie bei den oben beschriebenen Flammstrahlverfahren abhängig vom Stahltyp ein Betrieb unter ungünstigen Bedingungen einer hohen Temperatur und einer großen Menge an Staub auftritt. Es ist weiterhin ebenso wie bei den oben beschriebenen Flammstrahlverfahren schwierig, irgendwelche Defekte zu unterscheiden, die nach dem Schleifen an der Stahloberfläche verbleiben, was zu hohen Kosten beim Beseitigen der Defekte und dergleichen führt.[0011]
Das Vergrößern der Breite der Schleifeinrichtung führt dazu, daß eine große Menge an Stahl unnötig geschliffen wird, und es ist dabei eine höhere Antriebsleistung erforderlich, was zu einer Erhöhung der laufenden Kosten und zu einer Verringerung der Ausbeute führt. Andererseits führt das Verringern der Breite der Schleifeinrichtung zu einer Verschlechterung der Wirksamkeit, weil eine große Anzahl von Schleifeinrichtungen erforderlich ist, wobei die Aufbereitungszeit unerwünscht ansteigt. Das im offengelegten japanischen Patent 51-97894 offenbarte Stahl-Defektbeseitigungsverfahren, bei dem ein Naßstrahlen durch Sprühen eines Schleifmittels durch diesen auf die Oberfläche einer Edelstahlplatte durchgeführt wird, ist beim gegenwärtigen Stand der Technik hauptsächlich auf das Entzundern gerichtet, und es ist technisch noch nicht ausreichend entwickelt, um für das Beseitigen von Defekten von Stahlprodukten verwendet zu werden. Es kann demgemäß praktisch ausgedrückt nicht verwendet werden.[0012]
Aus BE-A-895 665 ist eine Technik zum Aufbereiten von Metallerzeugnissen bekannt, die die Schritte des Bestimmens von auf der Oberfläche des Metallprodukts existierenden Defekten, des Beseitigens dieser Defekte unter Verwendung eines Brennens oder eines mechanischen Schneidens und des Untersuchens und Reinigens der geglätteten Oberfläche beinhaltet. Die Verwendung des Schritts des mechanischen Schleifens oder des Flammstrahlens führt zu einer geringen Betriebswirksamkeit und Zuverlässigkeit.[0013]
In US-A-4 872 293 ist eine Schleiftechnik offenbart, bei der ein Schleifmittel/- Wasser-Strahl verwendet wird, um Oberflächen zu glätten, bei denen der Schleifmittelschlamm nach dem Schleifvorgang zurückgeführt wird.[0014]
In MANUFACTURING REVIEW, Band 2, Nr. 2, Juni 1989 ist eine Schleiftechnik beschrieben, bei der ein Schleifmittel/Wasser-Strahl verwendet wird, um ein Metallerzeugnis zu bearbeiten, wobei der zu bearbeitende Abschnitt des Metallerzeugnisses. mit einer Maske versehen ist.[0015]
Aus Patent Abstract of Japan, Band 7, Nr. 221 (M-246) (1366) ist ein Rostentfernungssystem bekannt, das ein Bestimmungssystem zum Bestimmen von rostigen Tei len auf einer Oberfläche, eine Schleifvorrichtung zum Ausstoßen von Schleifmaterial auf die Oberfläche, um die rostigen Teile zu beseitigen, wobei die Schleifvorrichtung ein Versorgungssystem für das Schleifmaterial und ein Wiedergewinnungssystem zum Wiedergewinnen verwendeten Schleifmaterials und zum Rückführen von diesem zum Versorgungssystem aufweist, sowie eine Schleifsteuerung zum Empfangen von Informationen vom Bestimmungssystem und zum Steuern der Arbeitsweise der Schleifvorrichtung aufweist.[0016]

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die bei den oben beschriebenen herkömmlichen Stahlaufbereitungstechniken auftretenden Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, ein ausgezeichnetes Stahlschleifverfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, nicht nur leicht alle nach dem Schleifen auf der Oberfläche von Stahlprodukten verbleibenden Defekte zu bestimmen, wobei dieses Bestimmen wichtig ist, wenn die Arbeitsbedingungen verbessert werden und der Stahlerzeugungsprozeß automatisiert wird, sondern auch entsprechend dem Defekt selektiv fehlerhafte Abschnitte zu beseitigen. Demgemäß wird eine Verringerung der Produktkosten erzielt, eine Verbesserung der Ausbeute erreicht, und es kann weiterhin die Produktqualität sichergestellt werden, wodurch ein erheblicher Beitrag zu diesen Gebieten der Eisenindustrie geleistet wird.[0017]
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.[0018]
Die folgenden technischen Mittel werden beim Schleifverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet: ein vorgegebenes Schleifmittel in Form feiner Teilchen, wie Granatsand, Quarzsand, Aluminiumoxid, Eisensand oder Gußeisen-Strahlsand wird mit einem Höchstgeschwindigkeits-Wasserstrahl gemischt, um einen Höchstgeschwindigkeits- Schleifmittel/Wassers-Strahl zu bilden, der in Form von Strahlen mit einem festgelegten geringen Durchmesser fortlaufend durch eine Düse ausgestoßen wird und auf die Oberfläche von Stahlerzeugnissen, wie Brammen, aufruft, wodurch ohne eine Berührung automatisch alle in der Nähe der Oberfläche solcher Stahlerzeugnisse existierenden unerwünschten Defekte beseitigt werden. Weiterhin wird vor und/oder nach dem Schleifen ein automatisches Messen an der Oberfläche und an oberflächennahen Abschnitten des Stahlerzeugnisses ausgeführt, um nach Defekten zu suchen und ihre Orte und dergleichen zu bestimmen, wodurch es möglich wird, eine vollkommen automatische, unbemannte Schleifstraße zu verwirklichen.[0019]
Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Schleifsystem zum Schleifen der Oberfläche von Materialien in der Art von Stahlbrammen vorgesehen. Beim Schleifsystem werden herkömmliche Naßstrahl- und Naßhonverfahren weiterentwickelt, um ein System zum Schleifen der Oberfläche von Materialien in der Art von Stahlbrammen unter Verwendung eines Schleifmittel-Wasserstrahls mit einem erhöhten Druck (normalerweise 300 kgf/cm² oder mehr) und einer verbesserten Energiedichte und Bearbeitungswirksamkeit zu verwirklichen. Das System wird durch nach Bedarf erfolgendes Kombinieren der folgenden Untersysteme gebildet: ein Defektbestimmungssystem zum Bestimmen von Defekten an Materialoberflächen, ein Schleifsteuersystem zum Senden von Signalen hinsichtlich Schleifbedingungen, das auf der Grundlage von durch das Defektbestimmungssystem bestimmten Defektinformationen gesteuert wird, ein Schleifmittel-Versorgungssystem zum Zuführen eines Schleifmittels entsprechend Signalen vom Schleifmittelsteuersystem, ein Schleifdüsenvorrichtungs-System, das sich zum Material entsprechend Signalen vom Schleifsteuersystem bewegen kann, sowie ein Schleifmittel-Wiedergewinnungssystem zum Wiedergewinnen des zum Schleifen verwendeten Schleifmittels und zum Rückführen von diesem zum Schleifmittel-Versorgungssystem.[0020]
Das Defektbestimmungssystem zum Bestimmen von Defekten an Materialoberflächen verwendet eine Defektbestimmungsvorrichtung, die aus einer Bildverarbeitungsvorrichtung bestehen kann, welche auf einer Untersuchung magnetischer Teilchen oder einer Ultraschall-Fehlerbestimmung beruht, oder eine Vorrichtung, bei der eine Fernsehkamera verwendet wird.[0021]
Beim Schleifen unter Verwendung eines Schleifmittel-Wasserstrahls wird ein nicht erwärmendes Verfahren verwendet. Bei dem Verfahren tritt daher keine durch den Einfluß von Wärme oder das Schmelzen von Materialoberflächenabschnitten hervorgerufene Verschleierung von Oberflächendefekten auf, so daß das Bestimmen von Defekten nach dem Bearbeiten leicht vorgenommen werden kann. Weil das Ein- bzw. Ausschalten des Bearbeitungsvorgangs weiterhin einfach ist, tritt kein Zündfehler auf der beim Flammstrahlen vorhanden ist. Weiterhin treten bei dem Verfahren im Vergleich zu Verfahren, bei denen Schleifräder verwendet werden, kaum Probleme hinsichtlich der Wartungszeit auf, weil bei dem Verfahren eine berührungsfreie Bearbeitungseinrichtung verwendet wird, wodurch es möglich ist, leicht ein automatisches Schleifsystem herzustellen.[0022]
Weiterhin ist ein Schleifmittel-Umlaufsystem gebildet, wenn das Untersystem zum Wiedergewinnen des verwendeten Schleifmittels mit dem Untersystem zum Zuführen des mit einem Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahl zu mischenden Schleifmittels verbunden ist und der Schleifmittel/Wasser-Strahl für das Schleifen einer ausgedehnten und zusammenhängenden Oberfläche verwendet wird. Ein fortlaufender Betrieb ist auch dann möglich, wenn Schleifmittel/Wasser-Strahldüsen, die eine Bewegung bezüglich mehreren Stahlerzeugnissen ausführen können, ihr das Schleifen einer großen Materialoberfläche verwendet werden.[0023]

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0024]
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, in dem gezeigt ist, wie unter Verwendung eines Schleifmittel-Wasserstrahls geschnitten wird,
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, in dem gezeigt ist, wie unter Verwendung des Schleifmittel-Wasserstrahls teilweise geschnitten wird,
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, in dem gezeigt ist, wie ein Oberflächenschleifen unter Verwendung des Schleifmittel-Wasserstrahls ausgeführt wird,
Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines Schleifsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, in der gezeigt ist, wie das Oberflächenschleifen durch das System auf der Oberfläche einer Bramme ausgeführt wird,
Fig. 5 ist eine teilweise vordere Schnittansicht davon,
Fig. 6 ist eine Draufsicht, in der Defekte an der Oberfläche einer Bramme sowie die Art, in der eine Düse über sie geführt wird, gezeigt sind,
Fig. 7 ist ein Längsschnitt davon,
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, in dem ein Brammenschleifsystem gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist,
Fig. 9 ist eine Draufsicht eines Brammenschleifsystems gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 ist eine Vorderansicht eines wesentlichen Teils des in Fig. 9 gezeigten Schleifsystems,
Fig. 11 ist eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils des in Fig. 9 gezeigten Schleifsystems,
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, in dem eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist,
Fig. 13 ist eine Draufsicht der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform,
Fig. 14 ist eine Seitenansicht von Fig. 13,
Fig. 15 ist eine Vorderansicht eines wesentlichen Teils der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform, und
Fig. 16 ist eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils von Fig. 15.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

[0025] Die Fig. 1 bis 3 sind schematische Diagramme, die zeigen, wie eine Gußbramme mit einem Hochdruck-Wasserstrahl, in den ein Schleifmittel eingemischt ist (einem Schleifmittel/Wasser-Strahl) geschliffen wird. Mit 1 ist eine Düse einer sogenannten Schleifmittel/Wasser-Strahlvorrichtung bezeichnet. Der Hochdruck-Wasserstrahl wird unter einem festgelegten Druck einer Mischkammer (nicht dargestellt) zugeführt und mit einem Schleifmittel in Form feiner Teilchen, wie Granatsand, Quarzsand, Aluminiumoxid, Eisensand oder Gußeisen-Strahlsand gemischt, um einen Strahl 2 mit einem festgelegten geringen Durchmesser zu bilden, der mit sehr hoher Geschwindigkeit gegen eine zu schleifende Stahlbramme 3 getrieben wird. Die Fig. 1 bis 3 zeigen, wie das Schneiden (Schleifen) ausgeführt wird, wenn die relative Überquerungsgeschwindigkeit der Düse 1 (die Düsenvorschubgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit, mit der die Bramme 3 vorgeschoben wird) bezüglich der Bramme 3 geändert wird.
[0026] Fig. 1 zeigt ein normales Schneiden, wobei das Schleifen über die ganze Dicke t der Bramme 3 ausgeführt wird. In diesem Fall liegt die relative Überquerungsgeschwindigkeit der Düse in einem Bereich geringer Geschwindigkeiten, wobei die Geschwindigkeit gering genug ist, um das zufriedenstellende Schneiden der Bramme 3 zu ermöglichen. Es werden über die Dicke t der Bramme 3 Riefen 4 gebildet.
[0027] Fig. 2 zeigt einen Fall, in dem die Relativbewegung der Düse 1 und der Bramme 3 bei einer höheren Geschwindigkeit stattfindet als beim Fall aus Fig. 1. Hierbei wird das Schneiden nicht über die ganze Dicke t der Bramme 3 vorgenommen, und die Schneidtiefe h1 zeigt eine Schwankung um eine Differenz Δh1 am durch das Schneiden gebildeten Bodenabschnitt.
[0028] Beim Beispiel aus Fig. 3 ist die relative Überquerungsgeschwindigkeit zwischen der Düse 1 und der Bramme 3 sogar noch höher als beim Beispiel aus Fig. 2. Die Schneidtiefe h2 ist in diesem Fall geringer als diejenige in Fig. 2. Gleichzeitig ist auch die Tiefenschwankung Δh2 geringer als diejenige in Fig. 2, was dazu führt, daß die durch die Schneidrinnen gebildete Bodenfläche praktisch glatt ist, wodurch es möglich ist, das sogenannte Rinnenschleifen vorzunehmen.
[0029] Bei der vorliegenden Erfindung werden das oben angegebene Schleifprinzip und die oben angegebenen Schleifgeschwindigkeitsbereiche des Schleifmittel-Wasserstrahls für das Schleifen der Oberfläche einer Stahlbramme 3 verwendet.
[0030] Weiterhin wird die Oberfläche der Stahlbramme 3 bei der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des oben beschriebenen Prinzips, wenn auch mikroskopisch, einer erheblichen Schleifwirkung infolge der abtragenden Wirkung der Schleifmittelkörner im Höchstgeschwindigkeits-Wasserstrahl unterzogen, wodurch es möglich wird, Defekte unter idealen Bedingungen ohne Wärmeerzeugung zu beseitigen.
[0031] Es ist durch das relative Vorschieben der den obenerwähnten Strahlauslaß bildenden Düse 1 möglich, die ganze Oberfläche der Stahlbramme 3 zu glätten, indem sie gleichmäßig geschliffen wird, oder sie teilweise zu glätten, indem an oder in der Nähe der Oberfläche auftretende fehlerhafte Abschnitte ausgewählt werden.
[0032] Es ist weiterhin durch das Bereitstellen des Untersystems zum Bestimmen von Defekten und dergleichen vor und/oder nach dem oben beschriebenen Schleifen möglich, Defekte und dergleichen, die an oder in der Nähe der Oberfläche der Stahlbramme 3 auftreten, sowie die Positionen und Größen dieser Defekte zu bestimmen. Informationen über diese Defekte werden eingegeben und zurückgeführt, um beim Schleifvorgang verwendet zu werden, wodurch es möglich ist, den Prozeß des Beseitigens von Defekten an der Oberfläche und dergleichen von Stahlerzeugnissen zu stabilisieren und ihre Qualität sicherzustellen und weiterhin einen vollkommen automatischen Arbeitsvorgang zu verwirklichen.
[0033] Weil die Stahloberflächen nach dem Schleifen weiterhin nicht mit Oxidschichten oder dergleichen bedeckt sind, lassen sich Defekte nach dem Schleifen relativ leicht bestimmen.
[0034] Als nächstes wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ab Fig. 4 der Zeichnung beschrieben.
[0035] In der folgenden Beschreibung werden die Bestandteile, die denen nach Fig. 1 bis 3 gleichen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
[0036] In Fig. 4 und 5 ist zusammen mit der Konstruktion eines Düsenkopfs 4 mit seitlichem Eintritt dargestellt, wie die Stahlbramme 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geschliffen wird. Das aus Granatsand oder dergleichen bestehende Schleifmittel 6 wird durch einen Unterdruck infolge des Venturi-Effekts eines Höchstgeschwindigkeits-Wasserstrahls 9, der an einer Wasserdüse 8 erzeugt wird, die an ein Hochdruck-Wasserrohr 7 angeschlossen ist, einer Mischkammer 10 zugeführt. Der Wasserstrahl 9 und das Schleifmittel 6 werden im Inneren der sich von der Mischkammer 10 aus erstreckenden Schleifdüse 1 miteinander gemischt und von der Schleifdüse 1 zu einem vorgegebenen Abschnitt der Bramme 3 hin als ein Strahl 2 mit einem vorgegebenen geringen Durchmesser beschleunigt und ausgestoßen, um die Oberfläche der Bramme 3 bei der Relativbewegung auf der Grundlage des oben beschriebenen Schleifprinzips zu schleifen.
[0037] Beim obenerwähnten Prozeß wird die Achse der Schleifdüse 1 entsprechend der Art der Bramme und dem Defekttyp unter dem richtigen Winkel zur Bramme 3 gehalten, und es wird veranlaßt, daß die Schleifdüse eine Relativbewegung zur Bramme 3 ausführt, während sie bei einer geeigneten Geschwindigkeit und einer geeigneten Schrittweite geschwenkt oder gedreht wird, um die Defekte und dergleichen an der Oberfläche ausreichend zu überdecken und dadurch ein gewünschtes Schleifen und dergleichen zu bewirken.
[0038] Bei einem Experiment wurde das Schleifmittel mit einer Geschwindigkeit von 0,5 kg/min oder mehr zugeführt, und das unter hohem Druck stehende Wasser wurde bei einem Druck von 1000 kgf/cm² oder mehr und bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2l /min oder mehr zugeführt, wobei die Arbeitsentfernung zwischen der Düse und dem Stahl nicht mehr als 200 mm betrug. In diesem Fall reichte der Auftreffwinkel bezüglich der Bramme 3 beispielsweise von 10 bis 170º, und die Relativgeschwindigkeit zwischen der Bramme 3 und der Schleifdüse 1 betrug dann, wenn die Schleifdüse geschwenkt oder gedreht wurde, etwa 1 bis 10 m/min. Unter diesen Bedingungen wurden sehr zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Diese Bedingungen ändern sich jedoch etwas in Abhängigkeit von der Art der Bramme, dem Defekttyp und der Art des Schleifmittels 6 und dergleichen.
[0039] In Fig. 6 und 7 ist in näheren Einzelheiten ein Beispiel der Art dargestellt, in der die Schleifdüse 1 betrieben wird. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, können zum Behandeln von Defekten 12, 12', 12" und 12''' verschiedene Schwenkarten für die Schleifdüse 1 hinsichtlich des Schleifbereichs, der Schleifrichtung und der Schrittweite des Schleifens kombiniert werden.
[0040] Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform wird ein geeignetes Abrunden in den Grenzbereichen zwischen den Oberflächenabschnitten 3', wo das Schleifen an den Defekten 12, 12', 12" und 12''' durchgeführt wird, und an den Oberflächenabschnitten 3' und 3", wo kein Schleifen durchgeführt wird, herbeigeführt, so daß zwischen diesen Abschnitten keine sehr großen Dickenunterschiede erzeugt werden können.
[0041] Die Schleifdüse 1 kann auch wie im oben angegebenen Fall durch ein Drehen innerhalb eines geeigneten Radius anstelle eines Schwenkens und eines Schrittweitevorschubs schleifen.
[0042] Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, in dem das ganze System einschließlich eines Qualitätsprüfprozesses dargestellt ist. Beim dargestellten System wird ein Knickarmroboter als eine Antriebsvorrichtung 13 für die Schleifdüse 1 verwendet. An einer Qualitätsprüfstufe 14 vor dem Schleifen durch einen Defektbestimmungsmechanismus 15, der aus einer CCD- Kamera oder dergleichen besteht, erhaltene Suchergebnisse werden als Informationen über die Defekte 12 und dergleichen an der Bramme 3 (hinsichtlich Ort, Größe, Tiefe und dergleichen) in ein Defektbestimmungssystem 16 eingegeben, wobei das Schleifen entsprechend diesen Informationen in einer Schleifstufe (Flammstrahlstufe) 17 gemäß der Erfindung automatisch durchgeführt wird.
[0043] Die ganze Oberfläche eines zusammenhängenden Gußstahlerzeugnisses wird durch eine Kameraantriebsvorrichtung, die entsprechend Signalen von einer Kameraantriebssteuerung in einem Defektbestimmungssystem arbeitet, mit einer Fernsehkamera abgetastet, wodurch Defektinformationen hinsichtlich Größe, Konfiguration, Fläche, Tiefe und dergleichen erhalten werden. Die Bildverarbeitungsvorrichtung im Defektbestimmungssystem führt eine Koordinatentransformation hinsichtlich des Orts jedes Fehlers aus, und der Ort wird auf der Grundlage der dabei erhaltenen Koordinaten als eine Adresse auf der Stahloberfläche festgelegt. Die Informationen von der Bildverarbeitungsvorrichtung hinsichtlich Konfiguration, Tiefe, Schleifbereich, Vorgehensweisen und Ort, werden in einen Gesamtsteuercomputer in der Schleifsteuerung eingegeben. Die eingegebenen Information werden dem Schleifsystem zugeführt und als Antriebsbefehle zum Steuern einer Düsenantriebssteuerung, eines Schleifmittel-Versorgungssystems und eines Hochdruckwasser-Generators und dergleichen verwendet, um durch einen auf einer Adressiergrundlage arbeitenden Leitmechanismus zu bewirken, daß die Hochdruck-Flüssigkeitsdüse für Schleifmittel/- Wasser-Strahlen die Stahloberläche überquert, um das Schleifen durchzuführen.
[0044] Es ist möglich, nach Bedarf während und nach dem Schleifen unter Verwendung der Defektbestimmungsmechanismen 15' und 15" und des Defektbestimmungssystems 16 eine Untersuchung durch eine optische Untersuchungseinrichtung vorzunehmen, wobei die Bestimmungsergebnisse für eine Rückkopplung während des Schleifens oder für ein erneutes Schleifen verwendet werden.
[0045] Bei dieser Ausführungsform wird weiterhin ein System verwendet, bei dem das benutzte Schleifmittel 6 wiedergewonnen und zur erneuten Verwendung einer Haftmittelzufuhrvorrichtung 19 zugeführt wird, wobei die Schleifmittelbruchstücke durch eine Wiedergewinnungs/ Wiederzuführungsvorrichtung 18 abgetrennt und beseitigt werden.
[0046] Mit 20 ist ein Hochdruck-Wassergenerator, mit T ein Hochdruck-Wasserrohr, mit 21 eine Düsenantriebssteuerung, mit 22 eine Schleifsteuerung zur Gesamtschleifsteuerung, mit 23 Abfall-Schleifmittel, mit 24 neues Schleifmittel und mit 25 eine Qualitätsprüfstufe bezeichnet. Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen Außenansichten des ganzen Systems der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsformen, wobei drei Knickarmroboter zusammenwirken, um die Oberfläche einer Stahlbramme 3 oder dergleichen mit einer durchschnittlichen Taktzeit von 7 Minuten fortlaufend zu schleifen. Die Bramme 3 wird in der durch die Pfeile angegebenen Richtung zugeführt.
[0047] Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Fig. 12 bis 16 beschrieben.
[0048] Das in der Zeichnung dargestellte System umfaßt ein Defektbestimmungssystem 101, eine Schleifmittel/Wasser-Strahldüsenvorrichtung 102, ein Versorgungssystem 103 zum Zuführen von unter hohem Druck stehendem Wasser und vom Schleifmittel zu den Düsen sowie ein Wiedergewinnungssystem 104 zum Wiedergewinnen des verwendeten Schleifmittels und zum Rückführen von diesem zum Versorgungssystem 103.
[0049] Informationen von diesen Systemen werden in eine Schleifsteuerung 105 eingegeben, und die eingegebenen Informationen werden zum Steuern der Systeme durch eine Beurteilungsfunktion der Schleifsteuerung 105 verwendet.
[0050] Die zu schleifende Bramme W wird durch drei Stufen verarbeitet, nämlich eine Qualitätsprüfstufe S1, eine Schleifstufe S2 und eine Qualltätsprüfstufe S3. Eine der Qualitätsprüfstufen S1 und S3 kann fortgelassen werden.
[0051] Das Defektbestimmungssystem 101 weist ein Defektbestimmungssystem 111 zum Bestimmen von Defekten an der Brammenoberfläche vor dem Schleifen, ein Defektbestimmungssystem 112 zum Bestimmen von Oberflächendefekten während des Schleifens und ein Defektbestimmungssystem 113 zum Bestimmen von Defekten an der Brammenoberfläche nach dem Schleifen für den nächsten Prozeß auf. Die Oberflächendefektbedingungen bei jeder dieser Stufen werden bestimmt, und Informationen über diese werden in die Schleifsteuerung 105, die Schleifmittel-Düsenvorrichtung 102 und das Versorgungssystem 103 eingegeben, die entsprechend Änderungen der Informationen gesteuert werden.
[0052] Die Schleifmittel/Wasser-Strahldüsenvorrichtung 102 weist eine durch die Schleifsteuerung 105 gesteuerte Düsenantriebssteuerung 106 und durch eine Düsenantriebsvorrichtung 107 angetriebene Düsen 108 auf.
[0053] Die Fig. 13 bis 16 zeigen eine spezielle Systemanordnung für das in Fig. 12 dargestellte System.
[0054] Das dargestellte System weist folgendes auf ein in Fig. 12 dargestelltes aus einem Hochdruckwasser-Generator 31 und einer Schleifmittel-Versorgungsvorrichtung 32 bestehendes Versorgungssystem 103 und eine vordere Düsenvorrichtung 121 und eine hintere Düsenvorrichtung 122, die dazu dienen, die obere bzw. die untere Fläche von Brammen zu schleifen, die durch eine Umkehrvorrichtung 42 umgekehrt werden. Jede der Düsenvorrichtungen 121 und 122 weist drei Düsen 108 auf, die entlang der Längsabmessung der durch eine Stranggießmaschine 41 erzeugten Brammen W angeordnet sind. Jede Düse 108 ist an der Spitze eines Sechsachsen-Knickarmroboters 125 angebracht, der an einer Düsenführung 124 bereitgestellt ist, welche gegenüber einem Brammenbewegungsbett 109 auf einem Sockel 123 angeordnet ist. Jede Düse 108 wird durch die Düsenantriebssteuerung 106 und die Düsenantriebsvorrichtung 107 angetrieben und gesteuert, wie in Fig. 12 dargestellt ist.
[0055] Ein Roboter und eine numerisch gesteuerte Vorrichtung können als Antriebsvorrichtungen für die Düsen 108 verwendet werden. Es können ein oder mehrere Knickarmroboter auf dem Boden, an der Decke oder den Wänden oder an einer Kombination dieser Einrichtungsorte angeordnet sein. Die Antriebsvorrichtungen können ortsfest oder wie beim in der Zeichnung dargestellten Beispiel so angeordnet sein, daß sie entlang einer oder mehreren Achse laufen können. Der Kopf der Schleifdüse kann von einem Direkteinspritztyp sein, wobei das Schleifmittel und Wasser zuvor unter hohem Druck genvscht werden und in einem schlammartigen Zustand unter hohem Druck durch die Düse getrieben werden. Die Düsen können weiterhin so betätigt werden, daß sie sich in einer Vielzahl von Dreh- und Schwenkbewegungen bewegen.
[0056] Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Hochdruck-Wasserstrahl mit einem Schleifmittel gemischt und gegen Stahlerzeugnisse getrieben, wodurch es möglich wird, ohne eine Berührung automatisch zu schleifen. Demgemäß kann auf herkömmliche Defektbeseitigungsmittel, wie ein Flammstrahlen und ein mechanisches Schleifen, die unter schwierigen Arbeitsbedingungen bei Lärm und Hitze von Hand durchgeführt wurden, verzichtet werden, was zu einer erheblichen Verbesserung der Arbeitsbedingungen führt (durch Verwirklichen eines unbemannten Arbeitsvorgangs und dergleichen). Weiterhin bietet das Verfahren der vorliegenden Erfindung die ausgezeichnete Wirkung, daß es ermöglicht, sicher jegliche Defekte zu beseitigen, die an der Oberfläche eines Stahl-Halbzeugs oder in der Nähe von diesem auftreten, wobei das Beseitigen stabil und bis zu einer gewünschten Tiefe erfolgt, ohne daß ein durch Wärme hervorgerufenes Schmelzen oder Verschlechtern des Materials auftritt. Weiterhin kann durch nach Bedarf erfolgendes Verwenden des Schleiflnittel-Umlaufsystems ein ausgezeichnetes System bereitgestellt werden, bei dem es möglich ist einen fortlaufenden Arbeitsgang auszuführen, ohne die Funkton des mit Schleifmittel versetzten Wasserstrahls selbst zu verschlechtern, was zu einem Einsparen von Betriebsmitteln und zu einer Kostenverringerung führt.
[0057] Die vorliegende Erfindung sieht demgemäß eine ausgezeichnete Bearbeitungseinrichtung für das Beseitigen von Stahloberflächendefekten von einem Stahl-Halbzeug vor, wobei dieses Beseitigen wegen der vor kurzem aufgetretenen Erhöhung des Bedarfs an Materialien höherer Qualität immer notwendiger geworden ist.

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von Oberflächendefekten von einem in einer Stranggießstufe oder einer auf diese folgenden Stufe hergestellten Stahl-Halbzeug, wobei

(a) Oberflächendefekten auf dem Stahlerzeugnis bestimmt werden;

(b) entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung in Schritt (a) wenigstens ein Strahl aus mit Hochdruck-Wasser gemischten feinen Schleifteilchen auf die Oberflächendefekte des Stahlerzeugnisses gerichtet wird, um die Oberflächendefekte zu entfernen; und

(c) die feinen Schleifteilchen zur Wiederverwendung in Schritt (b) wiedergewonnen und rückgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Strahl durch wenigstens eine Düse (1; 108) ausgestoßen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Strahl aus feinen Schleifteilchen mit einer Rate von nicht weniger als 0,5 kg/min zugeführt wird, das Hochdruck-Wasser unter einem Druck von nicht weniger als 1000 kgf/cm² und einer Strömungsgeschwindigkeit von nicht weniger als 2 l/min zugeführt wird, wobei die Schleifteilchen und das Hochdruck-Wasser entweder vorher im Hochdruckzustand oder im Kopf der wenigstens einen Düse (1; 108) nach dem Ausstoßen des Hochdruck-Wassers miteinander gemischt werden, um mit Schleifteilchen gemischtes Hochdruck-Wasser zu erhalten, wobei der wenigstens eine Strahl auf die Oberfläche des Stahlerzeugnisses unter einem Auftreffwinkel von 10 bis 170º und einer Arbeitsentfernung zwischen der Düse und der Stahloberfläche von nicht mehr als 200 mm gerichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die in Schritt (a) bestimmten Oberflächendefekte einer Koordinatentransformation durch ein Defektbestimmungssystem (16; 101) unterzogen werden und die wenigstens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahldüse (1; 108) entsprechend durch die Koordinatentransformation des Defektbestimmungssystem erhaltenen Informationen angetrieben und bewegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei weiter die Oberfläche des Stahlerzeugnisses nach dem Schritt (b) untersucht wird.

6. System zum Entfernen von Oberflächendefekten von einem Stahl-Halbzeug mit einer Stranggießstufe oder einer auf diese folgenden Stufe;

einem Defektbestimmungssystem (16; 101) mit einem Detektor (15; 111) zum Bestimmen von Oberflächendefekten auf dem Stahlerzeugnis;

einem Schleifmittel/Wasser-Strahldüsenbauteil (1, 13, 21; 102), das relativ zur Oberfläche des Stahlerzeugnisses bewegbar ist, um wenigstens einen Strahl aus mit Hochdruck-Wasser gemischten feinen Schleifteilchen auf die Oberflächendefekte zu richten, um diese zu entfernen;

einem Versorgungssystem (19, 20; 103) zur Speisung des Schleifmittel/Wasser- Strahldüsenbauteils mit Hochdruck-Wasser;

einem Wiedergewinnungssystem (18; 104) zur Wiedergewinnung der verwendeten feinen Schleifteilchen und ihrer Rückführung in das Versorgungssystem; und

einer Schleifsteuerung (22; 105), die Informationen aus dem Defektbestimmungssystem erhält und das Schleifmittel/Wasser-Strahldüsenbauteil, das Versorgungssystem und das Wiedergewinnungssystem steuert.

7. System nach Anspruch 6, wobei das Schleifmittel/Wasser-Strahldüsenbauteil (1, 13, 21; 201) so ausgelegt ist, daß es wenigstens einen Strahl aus den mit einer Rate von nicht weniger als 0,5 kg/min zugeführten feinen Schleifteilchen und unter einem Druck von nicht weniger als 1000 kgf/cm² und einer Strömungsgeschwindigkeit von nicht weniger als 2 l /min zugeführten Hochdruck-Wasser unter einem Auftreffwinkel von 10 bis 170º und einer Arbeitsentfernung zwischen dem Düsenbauteil und der Stahloberfläche von nicht mehr als 200 mm auf die Oberfläche des Stahlerzeugnisses richtet.

8. System nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Schleifmittel/Wasser-Strahldüsenbauteil wenigstens eine Düse (1; 108);

wenigstens einen Düsenantrieb (13; 107) zum Antreiben der wenigstens einen Düse; und

wenigstens eine Düsensteuerung (21; 106) zum Betreiben des wenigstens einen Düsenantriebs aufweist.

9. System nach Anspruch 8, wobei der wenigstens eine Düsenantrieb wenigstens einen Roboter (13; 125) aufweist.

10. System nach Anspruch 8, wobei der wenigstens eine Düsenantrieb stationär ist.

11. System nach Anspruch 8, wobei der wenigstens eine Düsenantrieb zum Antreiben längs einer oder mehreren Achsen ausgelegt ist.

12. System nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das Versorgungssystem einen Erzeuger für Hochdruck-Wasser (20; 31) und eine Versorgungseinrichtung für feine Schleifteilchen (19; 32) aufweist.

13. System nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei das Defektbestimmungssystem eine mittels Ultraschall-Defektbestimmung arbeitende Bildverarbeitungsvorrichtung aufweist.

14. System nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei die Defektbestimmung mit einer Fernsehkamera arbeitet.

15. System nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei das Defektbestimmungssystem ferner wenigstens einen zweiten Detektor (15; 112) zum Bestimmen von Oberflächendefekten während des Schleifens oder einen dritten Detektor (15"; 113) zum Bestimmen von Oberflächendefekten nach dem Schleifen aufweist.