DE102016112175B3

DE102016112175B3 - Verfahren zur Optimierung der Abläufe in einem Schmelzbetrieb mittels Positionserfassung von Transportbehältnissen in Echtzeit

Info

Publication number: DE102016112175B3
Application number: DE102016112175.4A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Duda; Arne Vollmers; Christian Humaus; Dirk Fleischmann; Michael Kabisch; Katharina Kortzak
Original assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH
Current assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2036-07-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Abläufe in einem Schmelzbetrieb mittels Positionserfassung von Transportbehältnissen in Echtzeit, umfassend die Schritte a) Bereitstellen zumindest eines Transportbehältnisses in einem Schmelzbetrieb, b) Transportieren des zumindest einen Transportbehältnisses von einem Startpunkt zu einem Endpunkt innerhalb des Schmelzbetriebs auf einem vorgegebenen Weg mittels zumindest einer Transporteinrichtung, c) Positionserfassung der zumindest einen Transporteinrichtung in Echtzeit mittels zumindest einer Distanzmesseinrichtung, d) Bestimmung der Position des zumindest einen Transportbehältnisses in Echtzeit mittels eines auf einem Computer gespeicherten Algorithmus, wobei der Algorithmus die Position der zumindest einen Transporteinrichtung zum aktuellen Zeitpunkt oder zu einem in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt sowie den für das Transportbehältnis vorgegebenen Weg innerhalb des Schmelzbetriebs berücksichtigt, e) Speichern der in Schritt d) bestimmten Positionen des zumindest einen Transportbehältnisses innerhalb des Schmelzbetriebs zu jedem Zeitpunkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Abläufe in einem Schmelzbetrieb, bei dem die Position von Transportbehältnissen innerhalb des Schmelzbetriebs zu jedem Zeitpunkt bestimmbar, speicherbar und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abrufbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung auch ein System, mit dem die Position von Transportbehältnissen innerhalb eines Schmelzbetriebs zu jedem Zeitpunkt bestimmbar ist.
Stand der Technik
Für die Zwecke der Erfindung ist unter einem Schmelzbetrieb ein flüssige Werkstoffe, z.B. Glas- oder Metallschmelzen verarbeitender Betrieb, insbesondere ein Flüssigmetall verarbeitender Betrieb, wie zum Beispiel ein Stahlwerk oder eine Kupferhütte, zu verstehen. Zur besseren Übersichtlichkeit wird die Erfindung nachfolgend nur anhand eines Stahlwerks beschrieben.
In einem Stahlwerk als bevorzugtes Beispiel für einen Schmelzbetrieb laufen verschiedene Transportvorgänge ab, bei denen feste oder flüssige Materialien in verschiedenen Transportbehältnissen von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort innerhalb des Stahlwerks transportiert werden. So wird zum Beispiel in der Roheisenumfüllgrube Roheisen von Waggons (Torpedopfannen) in die mittels Kranen und Fähren zu transportierenden Roheisenpfannen umgefüllt. In einem optionalen Zwischenschritt wird das Roheisen nicht direkt von den Waggons in die Roheisenpfannen gefüllt, sondern zunächst in einen als Zwischenspeicher fungierenden Mischer, aus dem das Roheisen zu einem späteren Zeitpunkt wieder entnommen und in Roheisenpfannen umgefüllt wird. Mit Hilfe der Roheisenpfannen wird das Roheisen dann zwecks Schwefelentfernung zu einer Station transportiert, in der die Roheisenvorbehandlung erfolgt. Für die Entschwefelung werden in der Regel Calciumcarbid, Kalk und/oder Magnesium eingesetzt. Nach der Schwefelentfernung in der Roheisenvorbehandlung wird das Roheisen zum sogenannten Frischen in den Konverter überführt/umgefüllt. Dabei wird unter Sauerstoffzufuhr der Kohlenstoffgehalt gesenkt und unerwünschte Begleitelemente werden als Schlacke gebunden. Bei diesem Prozess handelt es sich um eine exotherme Reaktion, wobei durch Zugabe von Kühlschrott eine Einstellung der Temperatur erfolgt. Vom Konverter wird der so gewonnene Stahl in Stahlpfannen mittels Kranen bzw. Fähren zur Nachbehandlungs-Anlage (z.B. einer Vakuum-Pfannenofen-Legierungs-Anlage) transportiert, in der der Stahl je nach Bedarf mit verschiedenen Legierungsmitteln versehen wird, um die für das Endprodukt benötigte bzw. die vom Kunden gewünschte Zusammensetzung einzustellen. Anschließend wird der flüssige Stahl in Stahlpfannen mittels Kranen bzw. Fähren zur Stranggussanlage transportiert, wo er in Brammenform gegossen wird. Die fertigen Brammen werden zur weiteren Behandlung zum Warmwalzwerk transportiert.
Beim Umfüllen des heißen Roheisens bzw. des heißen Stahls in die mit Feuerfestmaterial ausgemauerten Pfannen ist insbesondere darauf zu achten, dass die Pfannen eine Mindesttemperatur aufweisen, um die Auswirkungen der thermischen Belastung weitestmöglich zu reduzieren. Da in der Regel mehrere Pfannen im Einsatz sind, ist die Kenntnis des aktuellen Standortes der Pfanne sowie der Art und des Zeitpunktes ihres vorangegangenen Einsatzes und der daraus resultierenden Temperatur der Ausmauerung der Pfanne maßgeblich, um zu entscheiden, ob die Pfanne für einen weiteren Einsatz ohne zwischenzeitliche energieintensive Nacherwärmung geeignet ist.
Es finden also in einem Stahlwerk eine Vielzahl von Transportvorgängen statt, bei denen es wünschenswert ist, die Position der jeweiligen Transportbehältnisse zu einem beliebigen Zeitpunkt genau zu erfassen. Ebenso ist es für die Optimierung der Abläufe in einem Stahlwerk von Interesse, die Position der jeweiligen Transportbehältnisse zu einem beliebigen in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt rekonstruieren zu können.
Auch um die gestiegenen Anforderungen an die Produktivität sowie an Produktqualität, Umweltschutz, Arbeitssicherheit und Ergonomie in Schmelzbetrieben, insbesondere Stahlwerken erfolgreich erfüllen zu können, besteht ein Bedürfnis, die Position von Transportbehältnissen, insbesondere von Pfannen, z.B. von Roheisenpfannen oder von Stahlpfannen in einem Stahlwerk, rechnergestützt zu verfolgen. Vorbekannte Lösungen zur Verfolgung von Transportbehältnissen in Schmelzbetrieben beinhalten in der Regel die Erkennung von an den Transportbehältnissen angebrachten Identifizierungsmerkmalen, wenn diese eine Detektionseinheit passieren.
CN 203 281 864 U und CN 202 815 514 U beschreiben Vorrichtungen zur Positionsverfolgung von Pfannen in einem Stahlwerk, die über mehrere Detektionseinheiten verfügen.
Ebenfalls bekannt ist die Positionserfassung von mit Chipkarten ausgestatteten Transportbehältnissen. So beschreibt CN 201 489 347 U ein System zur Positionserfassung von Pfannen in einem Stahlwerk, wobei die Pfannen jeweils mit Chipkarten ausgestattet sind, die beim Passieren eines Kartenlesers von diesem erfasst werden. Aus der CN 103 034 876 A ist ein Transportbehälter-Verfolgungssystem für geschmolzenen Stahl auf der Grundlage der RFID-Technologie bekannt.
An den vorbekannten Lösungen zur Positionsverfolgung von Transportbehältnissen ist insbesondere nachteilhaft, dass die Verfolgung mittels an den Transportbehältnissen angebrachter Identifizierungsmerkmale sehr störanfällig ist. Chips, beispielsweise RFIC- oder RFID-Chips, können von den Transportbehältnissen abfallen, sodass eine weitere Verfolgung der Behältnisse unmöglich ist und eine Zuordnung neu erfolgen muss. Überdies sind Chipkarten vergleichsweise teuer.
Um ein Verfahren zur Überwachung des individuellen Prozeßverlaufs von Transportbehältern für metallische Schmelze, insbesondere des Prozeßverlaufs zwischen dem Schmelzaggregat und der Gießstation, zu automatisieren, ist aus der EP 1 108 486 A1 ein Verfahren mit dem Ablauf folgender Schritte bekannt: automatische Identifizierung jedes einzelnen Transportbehälters durch Ermittlung der Daten mindestens eines an jedem Transportbehälter angebrachten individuellen Informationsträgers bei der Vorbeibewegung oder zeitweisen Wartens des Transportbehälters an mindestens einer ortsfest angeordneten Station entlang der Prozeßroute sowie selbständige Weiterleitung dieser kombinierten Ort-Behälter-Informationen an ein Auswertesystem zur rechnergestützten Ermittlung der Transportbehälterlogistik und der Parameter für nachfolgende Prozesse in Abhängigkeit des individuellen Prozeßverlaufs eines jeden Transportbehälters. Es wird ein entsprechendes Überwachungssystem vorgeschlagen.
Die DE 10 2009 053 893 A1 offenbart eine Vorrichtung zur aktiven Verfolgung spezifischer Daten zu Anlagen oder deren Komponenten einer hüttenmännischen Anlage, wobei mit jeder Komponente wenigstens ein beschreib- und auslesbares Speichermedium für die spezifischen Daten fest verbunden ist und die spezifischen Daten periodisch und/oder eingabeabhängig veränderbar sind.
Auch die Verfolgung mittels an den Transportbehältnissen angebrachter Barcodes ist nicht geeignet, da die Barcodes insbesondere in der staubigen Stahlwerkatmosphäre schnell verschmutzen oder beim Handling der Pfannen beschädigt werden können, so dass sie von einer Detektionseinheit dann nicht mehr erkannt werden. Ebenso ungeeignet in staubiger Atmosphäre ist die Positionsverfolgung mittels lasergestützter Lichtschrankenerkennung.
Ohnehin ist an den bekannten vorgenannten Lösungen zur Positionsverfolgung von Transportbehältnissen in Stahlwerken nachteilhaft, dass die Position der Behältnisse immer nur zum Zeitpunkt des Passierens einer Detektionseinheit, beispielsweise eines Barcodelesers oder eines Chipkartenlesers, exakt erfasst wird, nicht jedoch auf der Strecke zwischen zwei Detektionseinheiten.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Position von Transportbehältnissen innerhalb eines Schmelzbetriebs, insbesondere eines Stahlwerks, zu jedem Zeitpunkt exakt bestimmbar ist.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche und insbesondere mit einem Verfahren zur Optimierung der Abläufe in einem Schmelzbetrieb mittels Positionserfassung von Transportbehältnissen in Echtzeit, umfassend die Schritte

a) Bereitstellen zumindest eines Transportbehältnisses in einem Schmelzbetrieb,
b) Transportieren des zumindest einen Transportbehältnisses von einem Startpunkt zu einem Endpunkt innerhalb des Schmelzbetriebs auf einem vorgegebenen Weg mittels zumindest einer Transporteinrichtung,
c) Positionserfassung der zumindest einen Transporteinrichtung in Echtzeit mittels zumindest einer Distanzmesseinrichtung,
d) Bestimmung der Position des zumindest einen Transportbehältnisses in Echtzeit mittels eines auf einem Computer gespeicherten Algorithmus, wobei der Algorithmus die Position der zumindest einen Transporteinrichtung zum aktuellen Zeitpunkt oder zu einem in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt sowie den für das Transportbehältnis vorgegebenen Weg innerhalb des Schmelzbetriebs berücksichtigt,
e) Speichern der in Schritt d) bestimmten Positionen des zumindest einen Transportbehältnisses innerhalb des Schmelzbetriebs zu jedem Zeitpunkt.

Das für das erfindungsgemäße Verfahren in einem Schmelzbetrieb bereitgestellte zumindest eine Transportbehältnis wird in Abhängigkeit des zu transportierenden Materials, des Transportweges und/oder des zurückliegenden oder bevorstehenden Behandlungsschritts des in dem Behältnis enthaltenen Materials gewählt. Bevorzugt ist das zumindest eine Transportbehältnis eine Roheisenpfanne, eine Stahlpfanne, ein Schrottkübel oder ein Schlackenkübel. Das Transportbehältnis kann dabei gefüllt oder auch leer sein.
Es ist bevorzugt, dass das in Schritt a) bereitgestellte zumindest eine Transportbehältnis tatsächlich eine Vielzahl von Transportbehältnissen ist, die optional verschieden sind und unabhängig voneinander gefüllt oder leer sind.
Das zumindest eine Transportbehältnis wird erfindungsgemäß mittels zumindest einer Transporteinrichtung auf einem vorgegebenen Weg von einem Startpunkt zu einem Endpunkt innerhalb des Schmelzbetriebs transportiert, wobei die Position der zumindest einen Transporteinrichtung in Echtzeit mittels zumindest einer Distanzmesseinrichtung erfasst und auf einem Computer gespeichert wird.
Als Transporteinrichtungen innerhalb des Stahlwerks als bevorzugtem Schmelzbetrieb werden insbesondere Krane und Fähren eingesetzt. Dementsprechend ist die zumindest eine Transporteinrichtung bevorzugt ein Kran oder eine Fähre. Bei mehreren eingesetzten Transporteinrichtungen können diese mehrere Krane, mehrere Fähren oder auch Krane und Fähren sein. Alternativ kann die zumindest eine Transporteinrichtung auch ein Drehturm sein, der in der Regel eingesetzt wird, um Stahlpfannen aufzunehmen und diese in einen Zwischenspeicher zu entleeren. Bei mehreren in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Transporteinrichtungen können diese ausgewählt sein aus einer Gruppe, die Krane, Fähren und Drehtürme umfasst.
Optional weisen in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Transporteinrichtungen eine integrierte Lasterfassung auf, mittels derer jede Aufnahme oder Abgabe von Last durch die jeweilige Transporteinrichtung erfasst werden kann und/oder mittels derer der Füllzustand der Transportbehältnisse bestimmbar ist.
Die zur Ermittlung der Position der zumindest einen Transporteinrichtung eingesetzte Distanzmesseinrichtung ist insbesondere eine Radarmesseinrichtung oder eine Laserdistanzmesseinrichtung, wobei die jeweilige Distanzmesseinrichtung eingerichtet ist, mit definierten Positionen innerhalb des Schmelzbetriebs verknüpfte Signale an den Computer zu senden. Besonders bevorzugt wird zur Positionsbestimmung von Kranen eine Radarmesseinrichtung eingesetzt, während die Position von Fähren insbesondere mittels einer Laserdistanzmesseinrichtung bestimmt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vielzahl optional unterschiedlicher Transportbehältnisse bereitgestellt, welche alle auf optional unterschiedlichen vorgegebenen Wegen zu verschiedenen Stationen innerhalb des Schmelzbetriebs befördert werden. Dabei werden zur Beförderung bzw. zum Transport der Transportbehältnisse sowohl Krane als auch Fähren als Transporteinrichtungen eingesetzt, wobei die jeweilige Position der Krane mittels Radarmessung bestimmt wird und die jeweilige Position der Fähren mittels Laserdistanzmessung bestimmt wird.
Das zu transportierende Transportbehältnis bzw. die zu transportierenden Transportbehältnisse werden erfindungsgemäß nicht mittels einer Distanzmesseinrichtung verfolgt, d.h. erfindungsgemäße Transportbehältnisse weisen keinen Barcode, keine Chipkarte und kein anderes computerlesbares Identifizierungsmerkmal auf, das wie voranstehend bereits beschrieben insbesondere im relativ dunklen und staubigen Stahlwerk dann doch nicht problemlos von einem Computer ausgelesen werden kann. Optional weisen erfindungsgemäße Transportbehältnisse jedoch ein alphanumerisches Identifizierungsmerkmal auf, beispielsweise eine Abfolge von Zahlen und/oder Buchstaben. Dieses dient erfindungsgemäß allerdings nur der Beschriftung bzw. Identifizierung von Transportbehältnissen, nicht jedoch der Bestimmung ihrer Position.
Stattdessen wird die Position der Transportbehältnisse erfindungsgemäß berechnet, und zwar mittels eines Algorithmus, der den für die Transportbehältnisse vorgegebenen Weg von einem Startpunkt zu einem Endpunkt innerhalb des Schmelzbetriebs sowie die jeweiligen Positionen der Transporteinrichtungen berücksichtigt. Dazu weist das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt der Positionsbestimmung des zumindest einen Transportbehältnisses in Echtzeit mittels eines auf einem Computer gespeicherten Algorithmus auf, wobei der Algorithmus die Position der zumindest einen Transporteinrichtung zum aktuellen Zeitpunkt oder zu einem in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt sowie den für das Transportbehältnis vorgegebenen Weg innerhalb des Schmelzbetriebs berücksichtigt.
Dadurch, dass das zumindest eine Transportbehältnis in dem erfindungsgemäßen Verfahren einen vorgegebenen Weg innerhalb des Schmelzbetriebs zurücklegt und dabei von zumindest einer Transporteinrichtung befördert wird, deren Position zu jedem Zeitpunkt von einer Distanzmesseinrichtung ermittelt und an den Computer gesendet wird, ist während des Transports eines Transportbehältnisses durch eine Transporteinrichtung auch die Position des Transportbehältnisses bekannt, da die Positionen des Transportbehältnisses und der Transporteinrichtung während des Transports identisch sind. Zwischen den einzelnen Transportvorgängen innerhalb des Schmelzbetriebs muss die Position des Transportbehältnisses hingegen mittels des Algorithmus berechnet werden.
Die von der zumindest einen Distanzmesseinrichtung ermittelten Positionen der zumindest einen Transporteinrichtung werden bevorzugt in bestimmten Intervallen auf dem Computer gespeichert, z.B. sekundengenau, sodass die Position der zumindest einen Transporteinrichtung bzw. bei mehreren Transporteinrichtungen die Positionen aller Transporteinrichtungen innerhalb des Schmelzbetriebs zu jedem Intervallszeitpunkt bekannt sind und auch für eine zukünftige Analyse abrufbereit gespeichert sind. Ebenso ist durch die Berechnung mittels des Algorithmus auch die Position des zumindest einen Transportbehältnisses bzw. sind bei mehreren Transportbehältnissen die Positionen aller Transportbehältnisse innerhalb des Schmelzbetriebs zu jedem Intervallszeitpunkt bekannt. Diese werden ebenfalls für eine zukünftige Analyse abrufbereit gespeichert.
Optional ist die zumindest eine in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Transporteinrichtung eingerichtet, bei jeder Aufnahme und/oder Abgabe von Last ein Signal an den Computer zu senden. Dieses wird bevorzugt ebenfalls von dem Algorithmus zur Ermittlung der Position von Transportbehältnissen verwendet.
Für die Zwecke der Erfindung kann der bereits im Voranstehenden sowie auch im Nachfolgenden erwähnte Computer auch mehrere optional miteinander verknüpfte Computer sein.
Am Startpunkt, der ein beliebiger Punkt innerhalb des Schmelzbetriebs sein kann, werden Transportbehältnisse bevorzugt angemeldet, d.h. es wird ein Signal an den Computer geschickt, welches Transportbehältnis zu welchem Zeitpunkt auf eine Transportstrecke geschickt wurde. Der Endpunkt kann ebenfalls ein beliebiger Punkt innerhalb des Schmelzbetriebs sein, wobei Start- und Endpunkt wahlweise identisch oder unterschiedlich sein können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Schmelzbetrieb und als besonders bevorzugte Ausführungsform das Stahlwerk mit einem virtuellen zweidimensionalen oder dreidimensionalen Koordinatensystem ausgestattet, in dem der Startpunkt und der Endpunkt des zu transportierenden Transportbehältnisses sowie dessen vorgegebener Weg genau festgelegt sind und bevorzugt in Form von Koordinaten ausgedrückt werden können.
Optional werden die Positionen ausgewählter oder sämtlicher im Stahlwerk befindlicher Transportbehältnisse in Echtzeit auf einem mit dem Computer verbundenen Bildschirm abgebildet. In Ausführungsformen, in denen die Transporteinrichtungen auch über eine integrierte Lasterfassung verfügen, die eine Aussage darüber erlaubt, ob das jeweilige von einer Transporteinrichtung transportierte Transportbehältnis gefüllt oder leer ist, werden gefüllte und leere Transportbehältnisse auf dem Bildschirm bevorzugt in unterschiedlichen Farben abgebildet.
Dadurch, dass die mittels des Algorithmus bestimmten Positionen des zumindest einen Transportbehältnisses erfindungsgemäß zu jedem Zeitpunkt gespeichert werden, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Optimierung der Abläufe in einem Stahlwerk in vielfacher Hinsicht.
Zum einen bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit der lückenlosen Rückverfolgung der Position jedes Transportbehältnisses innerhalb des Stahlwerks bzw. Schmelzbetriebs zu einem beliebigen Zeitpunkt.
Dadurch können die alltäglichen Abläufe in einem Stahlwerk analysiert und verbessert werden. So kann beispielsweise eine automatische bzw. rechnergestützte Zuordnung der Transportbehältnisse zur nächsten Behandlungsstation, beispielsweise zum Konverter, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann analysiert werden, wo noch Optimierungsbedarf hinsichtlich bestimmter Abläufe besteht. Beispielsweise erlaubt die genaue Bestimmung der Positionen von Transportbehältnissen zu jedem Zeitpunkt eine Feststellung zu langer Wartezeiten eines Transportbehältnisses an einem Punkt, eine Feststellung zu langer Auskühlzeiten oder eine Feststellung der Zuführung von Transportbehältnissen zur nächsten Behandlungsstation in suboptimaler Reihenfolge. Für eine entsprechende Analyse weist das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt des Abrufens der für die Transportbehältnisse bestimmten Positionen zu einem in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt aus einem Computerspeicher auf.
Zum anderen ist es möglich, nach entsprechend umfangreicher Datenerfassung, Auswirkungen von zukünftig geplanten Maßnahmen zu simulieren. In einem Stahlwerk sind regelmäßig Investitionen und Umbaumaßnahmen nötig, um die Anforderungen an Produktivität, Produktqualität, Umweltschutz und Arbeitssicherheit bzw. Ergonomie zu erfüllen. Die langfristige Speicherung der erfassten Daten ermöglicht es, auf Grundlage der Plandaten eine Simulation der Auswirkungen von Umbauten durchzuführen. Desweiteren werden regelmäßig Instandsetzungsarbeiten mit einer Zeitdauer von mehreren Tagen durchgeführt, um zum Beispiel die durch die thermische Belastung verschlissene feuerfeste Ausmauerung der Konverter zu erneuern. Auch hier besteht die Möglichkeit, aus den erfassten Daten Entscheidungen über zeitgleich mögliche, weitere Instandsetzungsmaßnahmen zu treffen. Auf Basis der in dem erfindungsgemäßen Verfahren erfassten Daten kann so zum Beispiel die Auswirkung einer Stilllegung eines Behandlungsaggregates, beispielsweise eines Konverters oder einer Stranggießanlage, für Reparaturzwecke über einen längeren Zeitraum auf den Bedarf an Pfannen und/oder auf den Energiebedarf simuliert werden, um so weitere Maßnahmen, wie zum Beispiel die Reparatur von Leitungen, z.B. von Energie- oder Medienleitungen, entsprechend einplanen zu können. In dieser Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren daher einen Schritt des Verwendens der aus dem Computerspeicher abgerufenen Daten für Simulationszwecke auf.
Insbesondere der Energiebedarf eines Stahlwerks lässt sich durch die nachträgliche Analyse der Transportvorgänge mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens reduzieren, dadurch dass Optimierungsbedarf erkannt, die Ursache festgestellt und die Abläufe entsprechend angepasst werden. So können beispielsweise unnötig lange Wartezeiten oder zu lange bzw. zu kurze Auskühlzeiten von Transportbehältnissen künftig vermieden werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform dient das erfindungsgemäße Verfahren der Realisierung eines vollautomatisierten Stahlwerks, in dem beispielsweise die Transportbehältnisse den Fortschritt des eigenen Verschleißes anzeigen. Hierfür weist das erfindungsgemäße Verfahren auch einen Schritt eines Vergleichs eines IST-Zustands mit einem SOLL-Zustand auf, wobei bei Übereinstimmung des IST- mit dem SOLL-Zustand ein Warnsignal abgegeben wird. Als Beispiel sei hier der Fall angeführt, dass ein Transportbehältnis für durchschnittlich x Zyklen verwendbar ist, bevor es durch Verschleiß nicht mehr zu gebrauchen ist. In diesem Fall würde der Computer so programmiert werden, dass z.B. bei Erreichen eines IST-Zustands von x-3 Zyklen ein Warnsignal von dem Computer abgegeben wird, welches signalisiert, dass das entsprechende Transportbehältnis zeitnah ausgetauscht oder repariert werden sollte.
Im Hinblick auf die weitgehende Automatisierung des Stahlwerks weist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt auch einen Schritt der Unterbreitung eines Vorschlags für einen bevorstehenden Behandlungs- oder Transportschritt durch den Computer auf, den dieser anhand bestimmter Daten, wie z.B. der Positionen, Verweilzeiten und/oder Wartezeiten von Transportbehältnissen, unterbreitet. Auf diese Weise trägt das erfindungsgemäße Verfahren in erheblichem Maße zur Entlastung der Arbeitenden in einem Stahlwerk bei.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein System zur Anwendung in einem Schmelzbetrieb, insbesondere einem Stahlwerk, umfassend

– zumindest ein Transportbehältnis,
– zumindest eine Transporteinrichtung, die eingerichtet ist, das zumindest eine Transportbehältnis von einem Startpunkt zu einem Endpunkt innerhalb eines Schmelzbetriebs auf einem vorgegebenen Weg zu transportieren,
– zumindest eine Distanzmesseinrichtung, die eingerichtet ist, die Position der zumindest einen Transporteinrichtung in Echtzeit zu erfassen,
– einen auf einem Computer gespeicherten Algorithmus, der eingerichtet ist, die Position des zumindest einen Transportbehältnisses in Echtzeit zu bestimmen, wobei der Algorithmus die Position der zumindest einen Transporteinrichtung zum aktuellen Zeitpunkt oder zu einem in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt sowie den für das Transportbehältnis vorgegebenen Weg innerhalb des Schmelzbetriebs berücksichtigt,
– einen Speicher, der eingerichtet ist, die bestimmten Positionen des zumindest einen Transportbehältnisses innerhalb des Schmelzbetriebs zum jeweiligen Zeitpunkt zu speichern.

Das zumindest eine Transportbehältnis, die zumindest eine Transporteinrichtung und die zumindest eine Distanzmesseinrichtung sind so beschaffen wie in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben.
Der zur Speicherung der bestimmten Positionen des zumindest einen Transportbehältnisses innerhalb des Schmelzbetriebs eingerichtete Speicher kann sich entweder auf dem Computer befinden, auf dem auch der Algorithmus gespeichert ist, oder örtlich von diesem getrennt sein.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nun genauer anhand der folgenden Beispiele sowie der 1 beschrieben, die schematisch ein über einem Stahlwerk aufgespanntes dreidimensionales Koordinatensystem zeigt.
Beispiel 1: Ermittlung von Optimierungspotenzial bezüglich der Abläufe in einem Stahlwerk mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
In einem Stahlwerk, welches mit einem virtuellen zweidimensionalen bzw. dreidimensionalen Koordinatensystem ausgestattet ist, werden eine Vielzahl von Transportbehältnissen 1 bereitgestellt, die Roheisenpfannen und/oder Stahlpfannen sind. Jede Roheisenpfanne und jede Stahlpfanne wird nun mittels Transporteinrichtungen 4 von einem Startpunkt 2 zu einem Endpunkt 3 innerhalb des Stahlwerks transportiert. Die Roheisenpfannen werden mit Roheisen gefüllt von der Roheisenumfüllgrube zur Roheisenentschwefelung gebracht. Im Anschluss daran transportieren die Roheisenpfannen das Roheisen zum Konverter. Die Stahlpfannen hingegen transportieren den neu gewonnenen Stahl vom Konverter zu einer oder mehrerer Stationen der Sekundärmetallurgie und anschließend zur Stranggussanlage. Als Transporteinrichtungen 4 werden dabei sowohl Krane als auch Fähren eingesetzt, die jeweils über eine integrierte Lasterfassung verfügen. Die Positionen der Krane innerhalb des Stahlwerks werden mittels Radarmessung verfolgt, die Positionen der Fähren werden mittels Laserdistanzmessung verfolgt. Sowohl die Krane als auch die Fähren sind eingerichtet, ein Signal, das Ihre Position beinhaltet, an einen Computer 6 zu senden. Alternativ dazu können auch die Distanzmesseinrichtungen 5 eingerichtet sein, ein Signal, das die Position der Transporteinrichtungen 4 beinhaltet, an einen Computer 6 zu senden. Dieser ordnet dem Signal eine exakte Position der jeweiligen Transporteinrichtung 4 innerhalb des virtuellen Koordinatensystems zu. Die jeweiligen Positionen sämtlicher Transporteinrichtungen 4 innerhalb des virtuellen Koordinatensystems werden somit in Echtzeit durch die Distanzmesseinrichtungen 5, also durch Radarmesseinrichtungen bzw. Laserdistanzmesseinrichtungen, erfasst, an einen Computer übermittelt und gespeichert.
Die Positionen der Transportbehältnisse 1 werden in Echtzeit durch einen Computer 6 berechnet. Die Berechnung erfolgt dabei mittels eines Algorithmus, der die Position jedes Transportbehältnisses 1 zu einem Startzeitpunkt sowie den für das jeweilige Transportbehältnis 1 vorgegebenen Weg innerhalb des Stahlwerks berücksichtigt. Außerdem bezieht der Algorithmus auch die von den Distanzmesseinrichtungen 5 bestimmten Positionen der Transporteinrichtungen 4 in die Berechnung ein. Die Transporteinrichtungen 4 sind zudem eingerichtet, bei jeder Aufnahme oder Abgabe einer Last ein Signal zu senden und an den Computer 6 zu senden. Auch dieses Signal wird von dem Algorithmus zur Bestimmung der Position von Transportbehältnissen 1 verwendet.
Durch die in den Transporteinrichtungen 4 integrierten Lasterfassungen ist es möglich, zu bestimmen, ob ein Transportbehältnis 1 gefüllt oder leer ist. Leere und gefüllte Transportbehältnisse 1 werden zur besseren Übersicht farblich unterschiedlich auf einem Bildschirm angezeigt. Eine mögliche Anzeige auf einem mit dem Computer 6 verbundenen Bildschirm beinhaltet daher das virtuelle Koordinatensystem, die Positionen sämtlicher Transporteinrichtungen 4 sowie die Positionen sämtlicher Transportbehältnisse 1 innerhalb des Koordinatensystems bzw. Stahlwerks in Echtzeit, wobei leere und gefüllte Transportbehältnisse 1 in unterschiedlichen Farben auf dem Bildschirm angezeigt werden.
Die mittels des Algorithmus berechneten Positionen der jeweiligen Transportbehältnisse 1 innerhalb des Stahlwerks bzw. des virtuellen Koordinatensystems zu jedem Zeitpunkt werden in dem Computer 6 gespeichert.
Nach einer definierten Zeitspanne, insbesondere am Ende einer Schicht im Stahlwerk, werden die vorgenannten im Computer 6 gespeicherten Daten abgerufen und hinsichtlich etwaigen Optimierungspotentials ausgewertet. Dazu werden die Positionen der Transportbehältnisse 1 während des zurückliegenden Intervalls betrachtet und aus diesen insbesondere die Transport-, Verweil- und Wartezeiten der Transportbehältnisse 1 ermittelt. Bei Feststellung von Verbesserungsmöglichkeiten, z.B. bei Feststellung einer zu langen Wartezeit eines Transportbehältnisses 1 an einer Station, werden im Sinne einer effizienten Verfahrensführung die verbesserungsfähigen Abläufe im Stahlwerk für zukünftige Produktionsschritte entsprechend angepasst.
Der anhand dieses Beispiels gezeigte Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt also in einer effizienteren Prozessführung, die insbesondere eine Zeit- und-/oder Energieersparnis ermöglicht.
Beispiel 2: Feststellung der Notwendigkeit einer bevorstehenden Instandhaltungsmaßnahme mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
In einem Stahlwerk wird eine Vielzahl von Transportbehältnissen 1 bereitgestellt. Diese werden wie in Beispiel 1 beschrieben mittels Kranen und Fähren von einer Station zur nächsten Station innerhalb des Stahlwerks befördert. Dabei werden die Positionen der Transportbehältnisse 1 innerhalb des Stahlwerks wie in Beispiel 1 beschrieben zu jedem Zeitpunkt in Echtzeit erfasst bzw. berechnet und in einem Computer 6 gespeichert. Da in der Vergangenheit festgestellt wurde, dass die durchschnittliche Lebensdauer einer Roheisenpfanne bei etwa 1000 Zyklen liegt, bevor diese neu ausgekleidet werden muss, wurde der Computer 6 so programmiert, dass er bei der Vollendung des 990. Zyklus einer Roheisenpfanne ein Warnsignal, z.B. ein akustisches oder optisches Signal, abgibt.
Der anhand dieses Beispiels gezeigte Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt also zum einen in der automatischen Anzeige der Notwendigkeit einer bevorstehenden Instandhaltungsmaßnahme und zum anderen darin, dass die Instandhaltungsmaßnahme geplant und kontrolliert durchgeführt werden kann und nicht gezwungenermaßen zu einem unerwarteten und möglicherweise verfahrenstechnisch ungünstigen Zeitpunkt durchgeführt werden muss.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines über einem Stahlwerk aufgespannten dreidimensionalen Koordinatensystems, in dem zwecks vereinfachter Darstellung die Transporteinrichtungen 4, 4' und 4'' sowie die Transportbehältnisse 1, 1' und 1'' zweidimensional dargestellt sind.
Die Transporteinrichtung 4 ist ein Kran mit integrierter Lasterfassung, der eingerichtet ist, Transportbehältnisse 1 zwischen den Punkten A (Startpunkt 2) und B (Endpunkt 3) zu transportieren. Dabei wird der genaue Standort der Transporteinrichtung 4 innerhalb des dreidimensionalen Koordinatensystems zu jedem Zeitpunkt von der Distanzmesseinrichtung 5 erfasst, welche mit einem Computer 6 verbunden ist. In der gezeigten Ausführungsform ist die Distanzmesseinrichtung 5 eine Radarmesseinrichtung, mittels derer neben der Position der Transporteinrichtung 4 innerhalb des dreidimensionalen Koordinatensystems auch die Position der Transporteinrichtung 4' in Echtzeit erfasst wird. Bei der Transporteinrichtung 4' handelt es sich ebenfalls um einen Kran mit integrierter Lasterfassung, der sich zwischen den Punkten C (Startpunkt 2') und D (Endpunkt 3') bewegt und Transportbehältnisse 1' zwischen diesen beiden Punkten transportiert. Bei der Transporteinrichtung 4'' handelt es sich um eine Fähre, ebenfalls mit integrierter Lasterfassung, welche Transportbehältnisse 1'' zwischen den Punkten E (Startpunkt 2'') und F (Endpunkt 3'') transportiert und deren Position dabei von der Distanzmesseinrichtung 5', in diesem Fall einer Laserdistanzmesseinrichtung, erfasst und von dieser an den Computer 6 übermittelt wird. Der Computer 6, der einen Speicher 7 aufweist bzw. mit diesem verbunden ist, ist eingerichtet, mittels eines Algorithmus die Position der Transportbehältnisse 1, 1' und 1'' zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu ermitteln.
Bezugszeichenliste

1: Transportbehältnis
2: Startpunkt
3: Endpunkt
4: Transporteinrichtung
5: Distanzmesseinrichtung
6: Computer
7: Speicher

Claims

Verfahren zur Optimierung der Abläufe in einem Schmelzbetrieb mittels Positionserfassung von Transportbehältnissen (1) in Echtzeit, umfassend die Schritte a) Bereitstellen zumindest eines Transportbehältnisses (1) in einem Schmelzbetrieb, b) Transportieren des zumindest einen Transportbehältnisses (1) von einem Startpunkt (2) zu einem Endpunkt (3) innerhalb des Schmelzbetriebs auf einem vorgegebenen Weg mittels zumindest einer Transporteinrichtung (4), c) Positionserfassung der zumindest einen Transporteinrichtung (4) in Echtzeit mittels zumindest einer Distanzmesseinrichtung (5), d) Bestimmung der Position des zumindest einen Transportbehältnisses (1) in Echtzeit mittels eines auf einem Computer (6) gespeicherten Algorithmus, wobei der Algorithmus die Position der zumindest einen Transporteinrichtung (4) zum aktuellen Zeitpunkt oder zu einem in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt sowie den für das Transportbehältnis (1) vorgegebenen Weg innerhalb des Schmelzbetriebs berücksichtigt, e) Speichern der in Schritt d) bestimmten Positionen des zumindest einen Transportbehältnisses (1) innerhalb des Schmelzbetriebs zu jedem Zeitpunkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzbetrieb ein Stahlwerk ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Startpunkt (2) und der Endpunkt (3) identisch sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Transporteinrichtung (4) eingerichtet ist, bei jeder Aufnahme und/oder Abgabe von Last ein Signal zu senden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzbetrieb mit einem virtuellen zweidimensionalen oder dreidimensionalen Koordinatensystem ausgestattet ist, in dem der Startpunkt (2) und der Endpunkt (3) des zu transportierenden Transportbehältnisses (1) sowie dessen vorgegebener Weg genau festgelegt sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Transportbehältnis (1) gefüllt oder leer ist und eine Roheisenpfanne, eine Stahlpfanne, ein Schrottkübel oder ein Schlackenkübel ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Transporteinrichtung (4) ein Kran, eine Fähre oder ein Drehturm ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Distanzmesseinrichtung (5) eine Radarmesseinrichtung oder eine Laserdistanzmesseinrichtung ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt f) Abrufen der in Schritt e) gespeicherten Position des zumindest einen Transportbehältnisses (1) zu einem in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt aus einem Speicher (7).
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Transportbehältnis (1) eine Vielzahl von optional verschiedenen Transportbehältnissen (1) ist, die unabhängig voneinander leer oder gefüllt sind.
System zur Verwendung in einem Schmelzbetrieb, umfassend – zumindest ein Transportbehältnis (1), – zumindest eine Transporteinrichtung (4), die eingerichtet ist, das zumindest eine Transportbehältnis (1) von einem Startpunkt (2) zu einem Endpunkt (3) innerhalb eines Schmelzbetriebs auf einem vorgegebenen Weg zu transportieren, – zumindest eine Distanzmesseinrichtung (5), die eingerichtet ist, die Position der zumindest einen Transporteinrichtung (4) in Echtzeit zu erfassen, – einen auf einem Computer (6) gespeicherten Algorithmus, der eingerichtet ist, die Position des zumindest einen Transportbehältnisses (1) in Echtzeit zu bestimmen, wobei der Algorithmus die Position der zumindest einen Transporteinrichtung (4) zum aktuellen Zeitpunkt oder zu einem in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt sowie den für das Transportbehältnis (1) vorgegebenen Weg innerhalb des Schmelzbetriebs berücksichtigt, – einen Speicher (7), der eingerichtet ist, die bestimmten Positionen des zumindest einen Transportbehältnisses (1) innerhalb des Schmelzbetriebs zum jeweiligen Zeitpunkt zu speichern.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzbetrieb ein Stahlwerk ist.