Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Optimization of Encircling Eddy Current Sensors for Online Monitoring of Hot Rolled Round Steel Bars
Kurzfassung in deutsch
Zur Qualitätssteigerung in der Herstellung von warmgewalzten Rundprodukten werden die Walzanlagen mit dem Ziel einer möglichst dynamischen Prozesssteuerung stetig weiterentwickelt.Unter anderem durch die Implementierung von Einzelantrieben zur separaten Ansteuerung der verschiedenen Walzensequenzen sollen typische Walzfehler reduziert werden. Diese Maßnahmen erfordern zusätzliche Sensoren um die Walzparameter direkt an den einzelnen Umformschritten zu ermitteln. Als besondere Herausforderungen dieser Messaufgabe sind die hohen Temperaturgradienten von bis zu 1200°C, welche
beim Ein- und Austritt des glühenden Walzgutes erreicht werden, und die hohen Transportgeschwindigkeiten
von bis zu 120 m/s zu nennen.
Wirbelstrombasierte Systeme sind durch ihre Robustheit eines von wenigen Verfahren die für diese Aufgaben in Frage kommen. Der Einsatz von Wirbelstromsensoren in der Onlineüberwachung von glühenden Halbzeugen hat bereits begonnen, jedoch ist die Messunsicherheit der Systeme aufgrund der Vielzahl von Einflussfaktoren zu groß. Die Messung der Querschnittsfläche des Walzgutes wird zum Beispiel von der Lage, Geometrie, Temperatur und seiner Materialeigenschaften beeinflusst. Dadurch steigt die Messunsicherheit
bei der Verwendung von Wirbelstromsensoren auf bis zu 1% und das Einsatzgebiet wird stark eingeschränkt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden zunächst die Einflüsse der verschiedenen Parameter modellbasiert untersucht, um anschließend Methoden zur Separierung der Querschnittsfläche des glühenden Stabes von den verschiedenen Störgrößen zu entwickeln. Mit Hilfe eines analytischen Modells werden die typischen Störgrößen für rotationssymmetrische Stäbe untersucht und ein weiteres FEA Modell deckt asymmetrische Walzfehler ab. Zusätzlich wurde ein Verfahren zur Kantenerkennung der Rundprodukte entwickelt.
Im Feld konnten mit den in dieser Arbeit entwickelten Methoden etwa 466 Tonnen glühender Rundstahl direkt im Produktionsprozess vermessen werden. Mit Hilfe der gewonnen Messdaten ist eine umfängliche Validierung des Wirbelstromverfahrens in den Anwendungen möglich. Die Zählgenauigkeit der Kantenerkennung betrug bei 2876 vermessenen Stäben 99.93 %. Bei der Querschnittsflächenmessung wurde mit den entwickelten Verfahren eine Reduzierung der Messunsicherheit auf +- 0.29% im Mittel erreicht.
Kurzfassung in englisch
Modern manufacturing industries are continually working on quality enhancements for the hot rolling process of round products. One method for improving the finalisation of the rods is the implementation of an automatic size control system. As a result of these trends over the last few years, there has been an increasing demand for more accurate online measurements. Thus the reason for the research performed for this thesis. Aparticular challenge throughout this research was dealing with the temperature changes (up to 1200°C) from the in- and output of the fervent rolling stocks, and the effect this temperature changes had on the sensors. Furthermore, there is also high demand for developing fast and practical electronic measuring equipment, capable of measuring during high transport velocities (up to 120 m/s).
The eddy current principle is just one of the very few methods available which can withstand such harsh industrial environments. In fact, eddy current sensors are already being integrated into online monitoring tasks for hot rolling processes. The measurement uncertainty, however, is still considerably large for process control purposes. One reason for this lies within the ability for eddy current detectors to receive signals influenced by
outward forces, i.e. forces dependent on its location, its geometry, the outside temperature and the material properties of a particular target. Thus the current accuracy for a crosssectional area measurement, for example, is no higher than 1%. As a result, this thesis investigates the magnitude of all individual influential factors on the eddy current detectors, using model-based analysis techniques. The analytical model provides a solution for all rotationally symmetrical targets and the FEA model covers all of the other influencing
parameters in a more time consuming manner. This thesis then provides different methods which are developed to separate the cross-sectional area measurement of a rod from all of the other influencing parameters. In addition, a material tracking approach for round products is developed.
Two different kinds of prototypes, capable of measuring approximately 466 Tons of redhot steel rods during the production process, are finally introduced in this thesis. The usefulness of the eddy current principle is validated by the provided field test results.
The count accuracy for the identification of 2876 bars was found to be 99.93%, and the average measurement accuracy for the cross-sectional area experiments was reduced to +-0.29% when including all of the findings.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Mess- und Sensortechnik | |
| Fakultät: | Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| ISBN/ISSN: | 9783844027945 | |
| URL/URN: | http://www.shaker.eu/en/content/catalogue/index.asp?lang=en&ID=8&ISBN=978-3-8440-2794-5&search=yes | |
| Quelle: | Aachen : Shaker, 2014. - 154 S. - Reports on Measurements and Sensor Technology, Vol. 3 | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Wirbelstron Sensor , Zerstörungsfreie Prüfung , Induktiver Sensor , Materialprüfung , Impedanzmessung , Temperaturkompensation | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | eddy current sensor , hot testing , rod imperfections , material tracking , cross-sectional measurements , cooling concepts , inhomogeneous field correction , fast impedance measurements , temperature compensation | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 26.03.2014 | |
Bemerkung: |
Zugl.: Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 2014 |
