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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle einer hüttenmännischen Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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EP 0 554 279 B1 beschreibt eine Meßsonde mit einem Sensor und einem drahtlosen Transponder, wobei die Meßsonde über eine Energieversorgungseinheit verfügt, die aus einem Hochfrequenzfeld einer beabstandeten Sende- und Ausleseeinrichtung eine Versorgungsspannung für die Meßsonde generiert.
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Im Bereich von hüttenmännischen Anlagen ist es bisher üblich, Meßsignale von an Betriebskomponenten angeordneten Sensoren, zum Beispiel im Bereich der Anstellung an Walzen, kabelgebunden zu einer rechnergestützten Kontrolleinheit zu übertragen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Kontrolle einer hüttenmännischen Anlage anzugeben, bei der eine einfache Überwachung von Betriebsparametern ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Verwendung eines Sensor-Transponders an Betriebskomponenten einer hüttenmännischen Anlage wird eine einfache drahtlose Datenübermittlung ermöglicht, wodurch der Aufwand für die Installation der Sensoren und deren Auslesen verringert wird.
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Unter einem Sensor-Transponder im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede baulich integrierte Einheit verstanden, die sowohl eine sensorisch Erfassung der Messgröße als auch eine zumindest optional drahtlose Übertragung der Messdaten ermöglicht. Eine solcher Sensor-Transponder kann bezüglich seiner Energieversorgung aktiv oder passiv ausgelegt sein. Eine aktive Energieversorgung erfolgt über eine mit dem Sensor-Transponder verbundene Versorgungsleitung. Eine solche Versorgungsleitung muss nicht notwendig die einzige Versorgung sein, sondern kann z. B. als Backup-System zur Sicherheit vorgesehen sein. Aus Gründen der einfachen und kostengünstigen Bauweise wird bevorzugt auf eine Kabelverbindung zur aktiven Energieversorgung verzichtet.
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Besonders bevorzugt ist eine passive Energieversorgung vorgesehen, bei der der Sensor-Transponder nicht kabelgebunden ist und seine Versorgungsenergie aus einem Energiespeicher oder der unmittelbaren Umgebung entnimmt und/oder generiert. Dies kann über besonders bevorzugt über Funkwellen, z. B. die Funkwellen des Auswertesystems, erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die Energie auch aus anderen Quellen wie Wärme (Verwendung eines thermoelektrischen Elements), Vibration etc. generiert werden. Als Energiespeicher kann der Sensor-Transponder einen Akkumulator oder eine Batterie zur dauerhaften Versorgung aufweisen. Insbesondere kann ein Akkumulator in Verbindung mit einem Generator vorliegen, so dass der Akkumulator bei Bedarf durch die Energie der Funkwellen, Wärme oder Vibrationen geladen wird.
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In allgemein bevorzugter Weiterbildung hat das Sensorglied einen Speicherbaustein zur Zwischenspeicherung der Messdaten. Dies ermöglicht unter anderem eine zeitlich lückenlose Überwachung der Messgröße auch dann, wenn das Auswertesystem nur in Abständen und/oder unregelmäßig auf den Sensor-Transponder zugreift. Ein solcher Speicher kann z. B. als persistenter Speicher, etwa EEPROM oder Flash-EEPROM, ausgebildet sein.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Betriebskomponente als Kühlsystem einer Stranggießanlage mit einer Mehrzahl von insbesondere in Gruppen angeordneten Kühldüsen ausgebildet ist. Typische Kühlsysteme dieser Art haben eine große Vielzahl von Kühldüsen, zum Beispiel mehrere tausend. Bisher war die Überwachung einer solchen Zahl von Kühldüsen nicht mit vertretbarem Aufwand möglich. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von drahtlosen Sensor-Transpondern kann zumindest eine Überwachung bis zu einer Einheit von nur wenigen Kühldüsen kostengünstig erfolgen. Besonders bevorzugt hat jede einzelne der Kühldüsen zumindest einen Sensor-Trnasponder, so dass eine genaue Lokalisierung einer Störung im Gesamtkühlsystem vorliegt. Insgesamt kann die Entscheidung über eine Unterbrechung der Produktion hierdurch effektiv erfolgen, bevor Störungen am Produkt auftreten, wobei insbesondere der Ausfall einzelner Düsen noch tolerierbar sein kann. Allgemein vorteilhaft hat somit zumindest jede Gruppe von Kühldüsen, bevorzugt zumindest mehrere einzelne der Kühldüsen, jeweils ein Sensorglied.
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Bevorzugt ist das Sensorglied zur Messung eines Drucks der Kühldüse ausgebildet. Durch diesen Betriebsparameter ist eine Kühldüse besonders einfach überwachbar. Es kann ein statischer oder dynamischer Druck gemessen werden. In alternativer oder ergänzender Gestaltung kann auch eine Temperatur an der Kühldüse gemessen werden, wodurch sich ebenfalls Aussagen über Betriebszustände bzw. Störungen ableiten lassen.
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Bei einer vorteilhaften Detailgestaltung ist es vorgesehen, dass das Sensorglied in definiertem thermischen Kontakt mit der Kühldüse steht. Hierdurch kann eine Kühlung durch die Kühldüse bereitgestellt werden, so dass das Sensorglied besser gegen die von der Stranggießanlage abstrahlende Wärme geschützt ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Kühldüsen als Mehrstoffdüsen mit zumindest zwei Stoffzuführungen, einer Mischkammer und einem Mundstück ausgebildet, wodurch besonders effektive und flexible Kühlungsoptionen bereitstehen. Bevorzugt sind dabei zumindest zwei der Sensorglieder an verschiedenen Bereichen der Mehrstoffdüse angeordnet, so dass eine effektive Überwachung und Differentialdiagnose ermöglicht ist.
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Allgemein vorteilhaft ist das Kühlsystem hierarchisch in mehrere Ebenen gegliedert ist, wobei zu jeder der Ebenen wenigstens ein Bereitschaftssignal in Abhängigkeit von den Messdaten der Sensorglieder vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine besonders gute Übersicht für Bedienpersonen.
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Je nach Anforderungen kann das Auswertesystem ortsfest oder mobil ausgebildet sein.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Betriebsverfahren zudem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Kühldüsen einer Stranggießanlage.
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2 zeigt eine Draufsicht auf eine Oberseite und eine Unterseite eines Segments der Vorrichtung aus 1.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Einstrom-Kühldüse mit einem Sensor-Transponder.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Mehrstrom-Kühldüse mit mehreren Sensor-Transpondern.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Gesamtkühlsystems der Stranggießanlage aus 1
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6 Darstellung der Maschinen-Hierarchie.
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7 Darstellung eines detektierten Ausfalls der Düse 2.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung ist ein Ausschnitt aus einer Stranggießanlage, bei der exemplarisch ein Segment 1 von oberen und unteren Walzen 2, 3 dargestellt ist, durch welches ein Gießstrang 4 läuft. Kühldüsen 5 befinden sich als Betriebskomponenten sowohl auf der Oberseite als auch der Unterseite zwischen aufeinander folgenden Walzen 2, 3, um auf kontrollierte Weise Kühlmittel auf den Gussstrang 4 zu versprühen. In jeder Reihe bzw. Zwischenraum zwischen aufeinander folgenden Walzen sind mehrere Kühldüsen nebeneinander angeordnet.
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Je nach Breite der Anlage kommen bis zu 14 Düsen je Zwischenraum nebeneinander zum Einsatz. Je nach Anlagentyp kommen zum Beispiel 20 Segmente mit je 10 Rollen und 2 Seiten (Ober- und Unterseite) zum Einsatz, so dass insgesamt 14 × 20 × 10 × 2 = 5600 Kühldüsen verbaut sein können.
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Je nach Auslegung kann es sich um Einstoffdüsen (siehe 3) und/oder Mehrstoffdüsen (siehe 4) handeln. Zweistoffdüsen sind zwischen einem Mischkörper 5c und einem Mundstück 5a mit einer Rohrleitung 5b versehen, die je nach Anforderung unterschiedlich lang sein kann. Es können auch Mischkörper 5c und Mundstück 5a direkt miteinander verbunden sein und eine Einheit bilden.
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Einstoffdüsen hingegen zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Wesentlichen durch ein Mundstück 5a dargestellt werden, welches am Ende einer Sekundärwasser führenden Rohrleitung 5b aufgebracht wird. Wie bei der Zweistoffdüse kann die Länge der Rohrleitung 5b je nach Anforderung unterschiedlich sein.
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Allen Düsenvariationen ist gemein, dass ein Stoff bzw. ein Stoffgemisch durch ein Mundstück 5a geführt wird, welches den Stoff bzw. das Stoffgemisch derart aufbereitet, dass ein definierter Sprühstrahl entsteht, der dann dem zu kühlenden Medium (dem Gießstrang) zugeführt wird.
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Darauf begründet, dass der zu transportierende Stoff bzw. das Stoffgemisch durch verschiedene Rohrleitungen gebündelt, gesammelt bzw. vereinzelt geführt wird, stellen sich an unterschiedlichen Stellen im System physikalischen Wirkungen ein, die messtechnisch aufgenommen werden können. Hierzu zählen im Wesentlichen: Temperatur, Geschwindigkeit, Unterdruck, Überdruck (statisch und dynamisch), Masse, Weg und sonstige über Messtechniken erfassbare Eigenschaften und Größen.
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Alle diese physikalischen Eigenschaften und Größen können durch auswertende Gegenüberstellungen und vergleichende Maßnahmen auf etwaige Unstimmigkeiten hin untersucht werden. Diese Ergebnisse können genutzt werden um eine nicht mehr oder nicht mehr einwandfrei arbeitende Düse zu lokalisieren. Es kann also auf diesem Weg eine fehlerfrei arbeitende Düse, eine Fehlfunktion an einer Düse, bzw. der Ausfall einer bestimmten Düse ermittelt werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die erfassten Messdaten mit batterieloser bzw. batteriebehafteter aktiver RFID-Transpondertechnologie, wobei ein Sensor-Transponder 8 als integrierte bauliche Einheit vorliegt, oder über sonstige Funktechnologien, über ein Funksystem zentral und/oder dezentral über eine Antenneneinheit bzw. ein Funksystem 6 übertragen und danach einer oder mehrerer Datenerfassungseinheiten 7 zugeführt. Die Anzahl der erforderlichen Datenerfassungseinrichtungen 7 wird durch die Anzahl der angeschlossenen aktiven Transpondersysteme definiert und kann entsprechend variieren. In 1 sind ein Arbeitsplatzrechner 7a und ein Server 7b schematisch dargestellt.
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Der Sensor-Transponder 8 beinhaltet nicht nur die Funktion der Übertragung von zur Verfügung gestellten Messdaten, sondern beinhaltet gleichermaßen die messtechnische Erfassung. In den Darstellungen der Kühldüsen 5 gemäß 3 und 4 sind die Sensor-Transponder 8 schematisch als Punkte dargestellt. Sie sind jeweils an relevanten Orten zur Erfassung insbesondere von Kühlmitteldrücken angeordnet.
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Die messtechnische Auswertung der erfassten Daten erfolgt über Messcomputer oder Messauswertesysteme 7, die zentral oder dezentral aufgestellt sein können und wiederum ihrerseits mit den Datenerfassungseinrichtungen 6, 8 kommunizieren. Als Ergebnis der Auswertung wird dem Bediener eine Anzeigemaske (siehe 5) zur Verfügung gestellt, die letztlich zeigt ob eine Anlage, ein Bereich, ein Segment, bzw. ein Regelkreis eine gestörte oder ausgefallene Düse 5 beinhaltet. Der Anlagenzustand soll ggf. über eine Ampel oder Ampelfunktion angezeigt werden, wobei folgende Anlagenzustände dargestellt werden können:
- – Rot; im Segment ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der ein Ausfall detektiert wird
- – Gelb; im Segment ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der eine Fehlfunktion detektiert wird
- – Grün; keine Störung vorhanden, alle Düsen arbeiten einwandfrei
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Die Ampelfarbe Grün wird durch das Symbol „O” dargestellt, die Farbe Gelb durch „⎕” und für die Farbe Rot steht das Symbol „Δ”.
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Nachfolgend werden die Teil- und Unterbereiche definiert, unter denen die Anlagenzustände angezeigt werden. Auf diesem Weg besteht die Möglichkeit aus einer Übersicht heraus sich in den fehlerhaften Bereich der Anlage zu navigieren, ohne die Übersicht im Gutzustand der Anlage zu verlieren. Die Darstellung in der
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6 beschreibt die Maschinen-Hierarchie.
- – Maschine
- • Rot; Δ in der Anlage ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der ein Ausfall detektiert wird
- • Gelb; O in der Anlage ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der eine Fehlfunktion detektiert wird
- • Grün; ⎕ keine Störung vorhanden, alle Düsen arbeiten einwandfrei
- – Bereich
- • Rot; Δ im Bereich ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der ein Ausfall detektiert wird
- • Gelb; O im Bereich ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der eine Fehlfunktion detektiert wird
- • Grün; ⎕ keine Störung vorhanden, alle Düsen arbeiten einwandfrei
- – Segment
- • Rot; Δ im Segment ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der ein Ausfall detektiert wird
- • Gelb; O im Segment ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der eine Fehlfunktion detektiert wird
- • Grün; ⎕ keine Störung vorhanden, alle Düsen arbeiten einwandfrei
- – Regelkreis
- • Rot; Δ im Regelbereich ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der ein Ausfall detektiert wird
- • Gelb; O im Regelbereich ist mindestens eine Düse vorhanden, bei der eine Fehlfunktion detektiert wird
- • Grün; ⎕ keine Störung vorhanden, alle Düsen arbeiten einwandfrei
- – Düse
- • Rot; Δ an der Düse wird ein Ausfall detektiert
- • Gelb; O an der Düse wird eine Fehlfunktion detektiert
- • Grün; ⎕ keine Störung vorhanden, Düse arbeitet einwandfrei
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Beispielhaft ist in der 7 anhand der beschriebenen Maschinen-Hierarche ein detektierter Ausfall der Düse 2 dargestellt:
Zur vollständigen und abschließenden Beurteilung der jeweiligen Betriebszustände können natürlich auch die Einzelwerte der messtechnischen Erfassung angezeigt und ausgewertet werden. Hierüber lassen sich dann auch weitergehende Informationen ermitteln, die Hinweise über die jeweilige Düsenanomalie geben können.
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Grundsätzlich ist das Verfahren auch in allen Teilbereichen der Stahlerzeugung und Stahlverarbeitung anzuwenden und zwar überall dort, wo die Erfassung messtechnischer Details dazu beitragen kann sich einen Überblick über den Zustand der Anlage, des Anlagenbereiches und Teilbereiches zu verschaffen.
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Hierzu gehören Anlagen des Stahlwerkes, Schrottsammelstelle, Rohstahlerzeugung, Stahlveredelung, Stranggießanlagen, Walzwerke, Nachbehandlungsanlagen, Abgasreinigungen, etc.
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Hauptziele und Vorteile der Erfindung sind:
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- – Produktivitätserhöhung der Gesamtanlage,
- • durch Minimierung, bzw. Reduzierung von Stillstandszeiten kann die Produktionsphase, bei gleich bleibender Qualität verlängert werden, was letztlich zu einer höheren Produktivität führt.
- • kann durch die Realisierung einer vorausschauenden Instandhaltung realisiert werden, in dem es vermieden wird dass durch außerplanmäßige Stillstände große Stillstandszeiten entstehen.
- – Ausschussmengenreduzierung
Durch rechtzeitige Detektion fehlerhaft arbeitender Düsen kann bereits vor einem eventuellen Ausfall derselben mit Veränderung der Produktion auf diesen Umstand reagiert werden. So kann durch vorausschauende Produktionssteuerung ein eventueller Ausschuss verringert werden.
- – Produktverbesserung
Grundsätzlich besteht durch die ständige Erfassung relevanter Prozessdaten direkt an der Düse, bzw. am Verbraucher die Möglichkeit steuernd in die Regelung eingreifen zu können, was letztlich in eine bedarfsgerechte Sekundärwasserregelung mündet.
- – Qualitätsverbesserung
Da die Produktqualität der Bramme auch maßgeblich von der Qualität der Kühlwasserregelung beeinflusst wird, kann eine optimierte Regelung letztlich auch qualitätsverbessernd wirken.
- – Stillstandsplanung
Durch die ständige Beobachtung und Aufzeichnung der Düsendaten kann durch Definition wiederkehrender Werte, auf den Verschleiß einer jeden Sekundärwasserdüse geschlossen werden. Somit kann der Anlagenbetreiber einen möglichen Ausfall einzelner Düsen bereits vor dem Ereigniseintritt voraussagen. Somit ist es möglich eine vorausschauende Stillstandsplanung zu realisieren.
- – Instandhaltungskostenreduktion
Durch die Möglichkeit einer Planung der Stillstände und damit auch die Möglichkeit unterschiedliche Ereignisse zusammen zu fassen, können in Summe natürlich auch die Instandhaltungen optimiert und somit Instandhaltungskosten reduziert werden.
- – Regelungsverbesserung
Verbesserung der Sekundärwasserregelung durch Adaptierung der erfassten Messdaten in das Regelungskonzept und Realisierung einer damit einhergehend Verbesserung der allgemeinen Kühlung. Auf diese Weise lassen sich auftretende hydrostatische Einflüsse berücksichtigen.
- – Ausfallminimierung
Minimierung von nicht planmäßigen Stillständen.
- – Ausfallstrategien
Realisierung von Ausfallstrategien, basierend auf den erfassten Messdaten dahingehend, dass das Kühlwasser über zur Verfügung stehende Düsen verteilt wird. Durch die gewonnenen Detailwerte einer jeden Düse, welche durch Algorithmen verdichtet werden können, ist ein gezieltes Zu- und Abschalten einzelner Bereiche, zur Reduzierung von Oberflächenfehlern der Bramme, möglich.
- – Monitoring
Verbesserung des Monitoring (Darstellung der Ist-Situation im Leitstand mittels Einzelbild- und Übersichtsbilddarstellungen), unter Zuhilfenahme der erfassten Messdaten anhand der Maschinen-Hierarchie. Damit einhergehend ergeben sich Möglichkeiten die Werte hierarchisch gemäß Ampel-Auswertung oder als dedizierte Vergleichsauswertung betrachten und auswerten zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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