EP2336695B1

EP2336695B1 - Metallurgische Anlage

Info

Publication number: EP2336695B1
Application number: EP10190154.4A
Authority: EP
Inventors: Walter Weischedel; Norbert Uebber; Hans-Jürgen ODENTHAL; Andreas Runge; Udo Falkenreck; Ina HÜLLEN; Markus Reifferscheid; Jochen SCHLÜTER
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: DE102010027323A1; EP2336695A1

Description

Die Erfindung betrifft eine metallurgische Anlage, die einen Kontaktbereich für heißes Material aufweist, wobei in der metallurgischen Anlage mindestens ein Funktionselement angeordnet ist, das von einem Energieversorgungselement mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei das Energieversorgungselement als thermoelektrischer Generator ausgebildet ist, der mit dem Kontaktbereich für heißes Material und mit einem kälteren Bereich der metallurgischen Anlage thermisch verbunden ist.
In metallurgischen Anlagen, wie beispielsweise in Konvertern, werden Sensoren eingesetzt, um während des Betriebs der Anlage über die Betriebsparameter informiert zu sein. Interessant sein können die Temperatur, der Druck oder Kräfte, die in der Anlage herrschen bzw. wirken.
Konventionelle Messtechnik wird in der Stahl- und Walzwerkstechnik prozessnah nur eingeschränkt eingesetzt. Aufgrund der extremen Umgebungsbedingungen hinsichtlich Temperatur, Magnetfelder, Staub, Dampf und Wasser müssen Energiezufuhr und Messsignalableitung sowie alle elektrischen bzw. elektronischen Bauteile besonders aufwändig gegen Umwelteinflüsse geschützt werden. Feste Verkabelungen an bewegten Komponenten benötigen ferner Kabelschlingen, Kabelschleppen mit und ohne Schleppwageneinrichtungen oder spezielle kostenintensive Drehverbindungen für die Verbindung zu den Messwert-aufnehmenden Datenerfassungssystemen.
Feste Verkabelungen erschweren auch den turnusmäßigen und zusätzlichen Austausch von Anlagenbaugruppen, wie beispielsweise von Stranggießsegmenten. Eine große Anzahl von Messstellen erhöht den Installations- und Instandhaltungsaufwand erheblich. Daher wird die Messinstrumentierung zumeist auf das Nötigste beschränkt. Steigende Anforderungen an die Produktqualität und die Effizienz erfordern jedoch eine größere Transparenz von Prozess und Anlage, was wiederum eine höhere Messstellendichte erfordert.
Daher kommen zwischenzeitlich häufig drahtlose Sensoren zum Einsatz, insbesondere dort, wo drahtgebundene Systeme zu teuer, zu anfällig oder aus sonstigen Gründen nicht realisierbar sind. Das gilt vor allem für metallurgische Gefäße.
Um die von den Sensoren gemessenen Daten drahtlos abfragen zu können, steht der Sensor mit einem Sender in Verbindung, der die Daten zu einer Überwachungsstation überträgt. Hierfür muss der Sender von einer Energiequelle mit Energie versorgt werden.
Bekannt ist es, Batterien als Energiequelle einzusetzen. Diese haben den Nachteil, dass sie periodisch ausgetauscht werden müssen, um die Funktionstüchtigkeit des Systems aufrecht zu erhalten. Ferner besteht beim Einsatz von Batterien in der sehr heißen Umgebung Explosionsgefahr.
Eine weitere Möglichkeit der Versorgung mit Energie besteht darin, die Energie über elektromagnetische Strahlung zu übertragen, z. B. über Mikrowellen. Entsprechende Systeme sind allerdings sehr aufwändig und daher teuer.
Eine gattungsgemäße Anlage ist aus der DE 198 48 162 C1 bekannt. Ähnliche Lösungen zeigen die WO 03/027334 A1 , die WO 99/50629 A1 , die WO-A 2009/082534 , und die CA 2 456 360 A1 .
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zum Beispiel eine metallurgischen Anlage der eingangs genannten Art so auszustatten, dass es in verbesserter Weise möglich ist, Funktionselemente, die eine Sendeeinrichtung für gemessene Sensordaten aufweisen, mit Energie zu versorgen. D. h. es soll elektrische Energie zum ortsnahen Betrieb eines Funktionselements, das elektrische Energie benötigt, zuverlässig und in ausreichender Menge zur Verfügung gestellt werden, ohne dass elektrische Zu- oder Ableitungen benötigt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kontaktbereich für heißes Material und einem Seitenbereich des thermoelektrischen Generators ein Wärmeübertragungselement in Form eines Wärmerohrs (Heat-Pipe) angeordnet ist, wobei das Funktionselement einen Sensor und einen Sender für ein vom Sensor gemessenes Signal umfasst.
Der thermoelektrische Generator ist insbesondere als Peltier-Element ausgebildet. Er umfasst zumeist eine Platte aus Halbleitermaterial.
Bei dem Sensor kann es sich um einen Temperatur-, Druck- oder Kraftsensor handeln.
Das Wärmeübertragungselement kann zumindest teilweise von einem thermischen und/oder elektrischen Isolationselement umgeben sein.
Das Funktionselement und das Energieversorgungselement können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein, wobei das Gehäuse vorzugsweise eine zylindrische Grundform aufweist. Das Gehäuse kann dabei Bestandteil eines Befestigungselements der metallurgischen Anlage sein, insbesondere eine Dehnschraube. In dem Gehäuse ist ein Funktionselement in Form eines Sensors, insbesondere eines Temperatursensors mit einem Sender angeordnet. Die metallurgische Anlage kann zur Kontaktnahme mit flüssigem Metall ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die metallurgische Anlage zur Kontaktnahme mit heißem, festem Metall ausgebildet ist (z. B. beim Warmwalzen).
Bevorzugt ist sie als Gefäß für flüssiges Metall ausgebildet. Hier ist beispielsweise an einen Konverter oder an eine Blaslanze gedacht.
Die Erfindung stellt also auf den Gedanken ab, einen Thermogenerator in einen geeigneten Bereich einer metallurgischen Anlage, beispielsweise in einer Wandung der metallurgischen Anlage, einzubauen, und mittels diesem elektrische Energie dadurch zu gewinnen, dass der Temperaturunterschied zwischen einem heißen und einem kälteren Bereich der Anlage genutzt wird. Mit der so gewonnenen elektrischen Energie können dann Sensoren und/oder Sendeelemente sowie andere Funktionselemente mit Elektrizität versorgt werden.
Die Erfindung kann in allen Anlagen zur Erzeugung und Behandlung von heißen Metallen, insbesondere von flüssigen Metallen, eingesetzt werden, wobei beispielsweise Stahl, Kupfer oder Aluminium verarbeitet werden kann. Benötigt wird in der Anlage lediglich ein Bereich, dessen Oberfläche auf der Seite, die dem heißen Metall, insbesondere dem flüssigen Metall, zugewendet ist, zumindest zeitweise eine höhere Temperatur aufweist, als der Bereich, der dem heißen Metall abgewandt ist.
Die für die genannten metallurgischen Aggregate charakteristischen Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Seiten der Anlage (innenliegender heißer Bereich und außenliegender kalter Bereich) werden also gezielt genutzt, um mittels eines Thermogenerators die gewünschte elektrische Energie bereitzustellen.
Die Technologie des thermoelektrischen Generators ist also solche bekannt. Die direkte Wandlung von Wärme in elektrische Energie ist mit einem solchen möglich. Man verwendet hierfür Halbleitermaterialien. Gebräuchliche Materialien sind Bi₂Te₃, PbTe, SiGe, BiSb oder FeSi₂. Hiermit können Wirkungsgrade zwischen drei und acht Prozent erzielt werden. Um ausreichend hohe Spannungen zu erhalten, können mehrere Elemente zwischen der kalten und der warmen Seite in Reihe geschaltet werden. Details hierzu sind in der WO 2004/090998 A2 beschrieben. Verschiedene Anwendungen thermoelektrischer Generatoren sind in der EP 0 717 332 A1 , in der WO 2008/025701 A2 und in der JP 60071816 A beschrieben.
Die thermoelektrische Wandlung basiert auf dem Peltier-Effekt, wonach bei Stromdurchfluss durch ein Halbleiterbauteil eine Temperaturdifferenz oder umgekehrt bei Temperaturdifferenz ein Stromfluss erzeugt werden kann. Grundlage hierfür ist der Kontakt zweier Halbleiter, die ein unterschiedliches Energieniveau (entweder p- oder n-leitend) der Leitungsbänder besitzen. Leitet man einen Strom durch zwei hintereinanderliegende Kontaktstellen dieser Materialien, so muss auf der einen Kontaktstelle Wärmeenergie aufgenommen werden, damit das Elektron in das energetisch höhere Leitungsband des benachbarten Halbleitermaterials gelangt. Hierdurch kommt es zur Abkühlung. Auf der anderen Kontaktstelle fällt das Elektron von einem höheren auf ein tieferes Energieniveau, so dass hier Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Die Umkehrung des Peltier-Effekts ist der Seebeck-Effekt. Durch diesen ist es möglich, durch Herstellen einer Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten eines Peltier-Elements elektrischen Strom zu erzeugen, wie es im Rahmen dieser Erfindung genutzt wird.
Damit können gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung naturbedingte Temperaturunterschiede an den Wandungen einer metallurgischen Anlage zur Herstelllung und Bearbeitung insbesondere flüssiger Metalle genutzt werden, um mittels des Thermogenerators elektrische Energie zu erzeugen.
Als Thermogenerator wird bevorzugt eine dünne Platte aus Halbleiter-Material eingesetzt, deren Oberseite erhitzt und deren Unterseite gekühlt wird. Der Energiefluss durch den Thermogenerator erfolgt durch Wärmleitung. Der Thermogenerator wird in die bestehende Wandung z. B. eines metallurgischen Gefäßes eingebaut, z. B. in das wassergekühlte Kühlpanel eines Lichtbogenofens. Das Thermoelement wird beispielsweise zwischen zwei runde Kupferzylinder eingespannt. Damit der Wärmefluss maximal ist, werden die Wärmezuleitungen mit einem geeigneten Material isoliert.
Mittels gut wärmeleitender Elemente oder gut isolierender Materialien können hohe wie niedrige Temperaturen von der jeweiligen heißen bzw. kalten Seite der Wandung an die Pole (Seiten) des Thermogenerators herangeführt werden. Auf diese Weise kann die Richtung des Wärmeflusses beeinflusst und somit die maximal mögliche Temperaturdifferenz eingestellt werden. Diese gut wärmeleitenden Elemente bestehen aus angepassten Heat-Pipes die eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Das wärmeleitende Element sollte senkrecht zum Wärmestrom wärmeisoliert zur Umgebung sein, damit die Wärmeströme senkrecht zum wärmeleitenden Element nicht die Temperaturdifferenz am Thermogenerator verringern.
Zu den möglichen Einsatzgebieten der Thermogeneratoren zählen alle Anlagenbereiche der metallurgischen Prozess- und Verfahrenstechnik, wie z. B. Konverter oder Blaslanzen, die ebenfalls Heiß- und Kaltstellen besitzen und für drahtgebundene Sensorik schwer zugänglich sind.
Somit wird mittels des Thermogenerators ein dauerhafter autarker Betrieb von drahtloser Sensorik an den Wandungen von Anlagen zur Herstellung und Behandlung von heißen, insbesondere flüssigen Metallen ermöglicht.
Die zum Einsatz kommenden Sensoren sind bevorzugt in die Anlagenkomponenten so integriert, dass diese durch die Bauteile selbst geschützt sind und bevorzugt keiner zusätzlichen Schutzvorkehrung bedürfen.
Mehrere Sensoren können zu einem Netzwerk zusammengeschlossen werden, die über ein Gateway an das Prozessleitsystem der metallurgischen Anlage angeschlossen sind.
Weiterhin sind die Sensoren bzw. Sensorbaugruppen mit Mikrocontrollern ausgestattet, die zeitnah eine Datenverarbeitung übernehmen können. Auf diese Weise können neben den Rohdaten auch Auswerteergebnisse oder nur diese an das Prozessleitsystem übermittelt werden.
Demgemäß beinhalten die Baugruppen Messsensoren (mit oder ohne Mikrocontroller), ein Funkmodul und einen Energieversorger in autarker Ausführung, d. h. netzunabhängig.
Entsprechende Sensoren zur Messung von Masse, Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Massen- oder Volumenströmen, Abstand oder Position, Kraft, Dehnung, Schall, Schwingung, Winkelmassen, Feuchte, Dichte und Staubbeladung in Bauteilen oder Baugruppen können vorgesehen werden.
Das drahtlose Funkmodul mit mindestens einer Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit eignet sich zur Datenübertragung zu einem anderen Sensor und/oder zu einer übergeordneten Empfangseinheit. Die Empfangseinheit befindet sich dabei bevorzugt an einem geschützten Ort in einem adäquaten Abstand zu den Sensoren.
Grundsätzlich kann der Erfindungsvorschlag in Baugruppen beliebiger metallurgischer Anlagenkomponenten, Einzelanlagen bzw. Anlagenkomplexen eingesetzt werden, wie z. B. in Eisen- und Stahlerzeugungsanlagen (Hochofen, Konverter, EAF, Concarc), sekundärmetallurgischen Anlagen (LF, RH, VD), Stranggießanlagen (Bramme, Dünnbramme, Dünnband, Vorblock, Knüppel, Beamblank), Ofenanlagen (Haube, Stoßofen, Tunnelofen), Walzwerken (Kalt-, Warmwalzwerk) und Bandanlagen.
Insgesamt wird jeweils eine energieautarke und drahtlose Überwachung möglich, die netzwerkfähig ist, sich selbst organisiert und eine lokale Datenauswertung zulässt.
Es kann eine Reduzierung der Verrohrung, Kabelführung und Kühlung erfolgen, was einen entsprechenden geringeren Verkabelungs- und Instandhaltungsaufwand bedingt. Die Kosten für Mechanik und Elektrik können reduziert werden. Bei der Kokillenüberwachung kann ein Feldbusmodul auf dem Festland vorgesehen werden, nicht pro Kokille. Die Verfügbarkeit der Anlage ist hoch. Es ist eine automatische Zuordnung von Messort und Thermoelement möglich. Das Datenaufkommen kann reduziert werden, es kann mit einem Telegrammverkehr gearbeitet werden.
Bezüglich der Lagerkraftmessung in einer Stranggießanlage kann die Zahl der Messstellen besser realisiert werden. Es kann ein zusätzliches Prozess- und Anlagenmonitoring erfolgen, was eine höhere Prozesssicherheit ergibt. Damit ergibt sich auch ein sicherer Betrieb der Anlage. Es ist eine Permanentmessung möglich, insbesondere was den Strangerstarrungszustand in der Stranggießanlage sowie den Zustand der Lager anbelangt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: schematisch den Schnitt durch die Wandung eines Lichtbogenofens mit Kühlpanel, wobei die Wandung mit einem Thermogenerator versehen ist,
Fig. 2: den Schnitt durch einen Konverter, der ebenfalls mit einem Thermogenerator in einer Wandung versehen ist,
Fig. 3: die Einzelheit "X" gemäß Fig. 2,
Fig. 4: eine zu Fig. 1 alternative Ausgestaltung des in die Wandung eingebauten Thermogenerators,
Fig. 5: den Schnitt durch eine Blaslanze, die mit einem Thermogenerator in einer Wandung versehen ist,
Fig. 6: ein Blockschaltbild einer Anlage zur Messung und drahtlosen Übertragung eines gemessenen Parameters,
Fig. 7: die Seitenansicht eines Befestigungselements einer metallurgischen Anlage in Form einer Kokille,
Fig. 8: den Schnitt A-B gemäß Fig. 7 durch das Befestigungselement und
Fig. 9: den Schnitt C-D gemäß Fig. 8 durch das Befestigungselement.

In Fig. 1 ist der Schnitt durch die Wandung eines Lichtbogenofens skizziert. Der Wärmeeintrag 7 - vom flüssigen Metall stammend - erfolgt in Richtung des Pfeils in die Innenwandung 8 aus Kupfer. Die dem flüssigen Metall zugewandte Seite der Innenwandung stellt den Kontaktbereich 2 für heißes Material dar. Zur Außenwandung 9 aus Stahl besteht ein Spalt, der von Kühlwasser 10 durchflossen wird.
Zwischen der relativ heißen Innenwandung 8 und der relativ kalten Außenwandung 9 besteht eine Temperaturdifferenz, die von einem Energieversorgungselement 4 in Form eines thermoelektrischen Generators (Thermogenerator) 4 genutzt wird. Hierzu wird über zwei Wärmeübertragungselemente 5 die jeweilige Temperatur der Innen- und Außenwandung an gegenüberliegende Seiten (Pole) des Thermogenerators 4 übertragen, so dass am Thermogenerator 4 verschiedene Temperaturen anliegen. Die Wärmeübertragungselemente 5 samt dem Thermogenerator 4 sind in einem Isolationselement 6 eingebettet und werden durch dieses isoliert.
Durch die unterschiedlichen Temperaturen, die am Thermogenerator anliegen, erzeugt dieser eine Spannung, die einem Funktionselement 3 über ein nicht dargestelltes Kabel zur Verfügung gestellt wird. Bei dem Funktionselement 3 handelt es sich um einen Sender (Drahtlosübertragungssystem), mit dem Messdaten von einem nicht dargestellten Sensor fernübertragen werden können.
Dieses Prinzip ist auch bei der Lösung gemäß der Figuren 2 und 3 verwirklicht. Hier ist ein Konverter 1 als metallurgische Anlage skizziert, in dessen Wandung wiederum ein Thermogenerator integriert ist. Analog zur Lösung gemäß Fig. 1 ist auch hier der Thermogenerator 4 in die Seitenwand des Konverters eingebaut, wobei vom Kontaktbereich 2 für heißes Material Wärme über ein Wärmeübertragungselement 5 zum Thermogenerator 4 übertragen wird. Wiederum ist das Wärmeübertragungselement 5 mittels eines Isolationselements 6 thermisch isoliert.
Die Lösung gemäß Fig. 4 ist zu derjenigen gemäß Fig. 1 ähnlich. Hier ist lediglich für den Anwendungsfall eines Lichtbogenofens vorgesehen, dass über eine relativ weite Strecke Wärme mittels des Wärmeübertragungselements 5 vom Kontaktbereich 2 für heißes Material zum Thermogenerator 4 übertragen wird. Das Wärmeübertragungselement ist als Wärmerohr ausgeführt.
Ein solches Wärmerohr ist ein Wärmeübertragungselement, das unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Stoffes eine hohe Wärmestromdichte ermöglicht, d. h. auf kleiner Querschnittsfläche können große Mengen Wärme transportiert werden. Zur Umwälzung des Transportmediums benötigen Wärmerohre keine zusätzliche Hilfsenergie wie z. B. eine Umwälzpumpe. Dadurch minimieren sich Wartungsaufwand und Betriebskosten. Es wird zwischen zwei Arten von Wärmerohren unterschieden, nämlich zwischen der Heat-Pipe und dem Zwei-Phasen-Thermosiphon. Die Funktionsweise und Auslegung sind dabei grundsätzlich ähnlich.
In Fig. 5 ist für den Anwendungsfall einer Blaslanze als Bestandteil einer metallurgischen Anlage 1 dargestellt, wie eine solche mit der Erfindung ausgestattet werden kann. Hier sind wiederum dieselben Komponenten eingesetzt, wie es bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen der Fall ist. Dargestellt ist nunmehr zusätzlich ein Sensor 3', wobei über Kabel 11 eine elektrische Verbindung hergestellt ist sowohl zwischen dem Sensor 3' und dem Thermogenerator 4 als auch zwischen diesem und dem Sender 3".
In Fig. 6 ist ein Blockdiagramm zu sehen, aus dem der Aufbau einer kompletten Überwachvorrichtung für einen Betriebsparameter hervorgeht.
In der metallurgischen Anlage 1 ist - wie vorbeschrieben - der Thermogenerator 4 angeordnet, der sowohl mit dem Sensor 3' als auch mit dem Sender 3" per Kabel in Verbindung steht.
In einer Erfassungs- und Steuereinheit 12 ist ein Empfänger 13 angeordnet, der die Signale vom Sender 3" empfangen kann. Diese werden an eine Auswerteeinheit 14 weitergeleitet, die wiederum mit einer Steuerungseinheit 15 der Anlage in Verbindung steht. Von dieser aus kann dann auf die metallurgische Anlage 1 Einfluss genommen werden, was durch den Pfeil angedeutet ist.
In den Figuren 7 bis 9 ist eine Lösung skizziert, bei der die benötigten Funktionselemente samt Energieversorgungselement in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Konkret ist in den Figuren ein Befestigungselement 16 in Form einer Dehnschraube dargestellt. Ein Schraubenkopf 17 ist am einen axialen Ende des Befestigungselements 16 angeordnet. Das Befestigungselement 16 umfasst als Grundkörper ein Gehäuse 18, das im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist.
Dabei wird das Befestigungselement aus zwei separaten und zusammengefügten Baugruppen 19 und 20 gebildet.
Wie in den Figuren 8 und 9 gesehen werden kann, ist ein erstes Funktionselement in Form eines Sensor 3' konzentrisch in der ersten Baugruppe 19 angeordnet. Ferner ist ein Funktionselement in Form eines Senders 3" vorhanden, und zwar integriert in der zweiten Baugruppe 20. Die für den Betrieb der Funktionselemente 3', 3" benötigte Energie kommt von einem Thermogenerator 4.
Entsprechende Isolationen 6 bewirken, dass die Temperaturunterschiede der metallurgischen Anlage optimal genutzt werden können, um mittels des Temperaturgradienten im Thermogenerator elektrische Energie bereitstellen zu können.
Das Befestigungselement 16 ist vorliegend Bestandteil eines Mutter-Kontermutter-Systems, das eine Kupferplatte und einen Wasserkasten im Rückwandbereich einer Stranggießkokille miteinander verbindet. Es ist so ausgebildet, dass der Funkadapter 3" zusätzlich auf die Dehnschraube montiert ist und mit der in der Dehnschraube innen liegenden Temperaturmesseinrichtung 3' verbunden ist.
In dem Gehäuse 18 sind neben dem Funkadapter 3", dem Temperatursensor 3' und dem Energiewandler 4 auch ein Spannungswandler, ein Messwandler sowie ein Mikrocontroller untergebracht. Mittels des Energiewandlers 4 und des Spannungswandlers wird die notwendige Spannung für die aktiven elektrischen Komponenten des Befestigungselements 16 bereitgestellt.
Die gemessenen Temperaturwerte werden mittels des Messwandlers umgeformt und über das Funkmodul an eine zentrale Messwerterfassung weitergegeben.
Möglich ist es aber natürlich auch - wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 bis 9 vorgesehen -, dass ein Thermogenerator als Energieversorgungselement eingesetzt wird. Hierbei wird der Temperaturunterschied zwischen der wassergekühlten Dehnschraube 16 und der Prozessabwärme genutzt, um mittels des Thermogenerators eine Spannung zu generieren.
Das Befestigungselement 16 besteht, wie bereits erwähnt, aus zwei Baugruppen 19, 20 die thermisch voneinander entkoppelt sind, wobei sich zwischen den beiden Baugruppen ein Temperaturgradient einstellen kann, der zur Energiegewinnung durch den Thermogenerator genutzt wird.
Die erste Baugruppe 19 ist so mit der Dehnschraube verbunden, dass ein möglichst hoher Wärmeübergang erreicht wird. Die zweite Baugruppe 20 ist so ausgeführt, dass die Prozessabwärme aufgenommen und an den Thermogenerator 4 weitergeleitet wird. Beide Baugruppen sind durch Isolatoren 6 so thermisch voneinander entkoppelt, dass der Temperaturunterschied weitgehend nur über die Thermogeneratoren 4 ausgeglichen werden kann.
Folgende Anwendungsbeispiele seien gegeben:

Bei einer Pfanne kann ein integrierter, energieautark arbeitender Funkmesssensor der beschriebenen Art eingesetzt werden. Hiermit kann die Gewichts-, Füllstands- bzw. Temperaturmessung des Stahls in der Pfanne erfolgen. Ferner kann die Positions- und Schwingungsüberwachung des Pfannenschiebers vorgesehen werden, wodurch eine Erkennung mitlaufender Schlacke möglich wird. Weiterhin kann eine Temperaturüberwachung der Pfannenausmauerung zur vorbeugenden Instandhaltung bzw. Erkennung von Verschleißschädigungen erfolgen.

Auch bei einem Verteiler kann ein integrierter und energieautark arbeitender Funkmesssensor eingesetzt werden. Hiermit kann die Gewichts-, Füllstands- bzw. Temperaturmessung des Stahls im Verteiler erfolgen. Ferner kann die Position- und Schwingungsüberwachung des Stopfens bzw. des Verteilerschiebers zur Überwachung der Funktionalität vorgesehen werden. Weiterhin kann eine Temperaturüberwachung der Verteilerausmauerung zur vorbeugenden Instandhaltung bzw. Erkennung von Verschleißschädigungen erfolgen.
Weiterhin kann bei einer Kokille ein integrierter und energieautark arbeitender Funkmesssensor eingesetzt werden. Hiermit kann die Temperatur der Kokillenplatten überwacht werden. Weiterhin kann eine Dehnungs- bzw. Kraftmessung in den Dehnschrauben zur Befestigung der Kokillenplatten auf dem Wasserkasten erfolgen (s. hierzu das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 bis 9).
Dann kann eine Füllstandsmessung des Gießspiegels erfolgen. Weiterhin kann die Position, die Bewegung und die Konizität der Schmalseiten der Kokille überwacht werden, gleichermaßen eine Druckmessung zur Überwachung der Kokillenklemmung. Ferner kann die Position- und Bewegungsüberwachung der Kokillenoszillation mittels Weg- und Beschleunigungssensoren erfolgen.
Schließlich sei beispielhaft die Überwachung eines Segments bzw. eines Einzelrollentreibers einer Stranggießanlage mittels eines integrierten und energieautark arbeitenden Funkmesssensors erwähnt. Hiermit kann die Dehnungs-, Weg- und Schallmessung in den Lagerböcken zur Bestimmung der Lagerlast und zur Lagerüberwachung bezüglich der Funktionalität und zur vorbeugenden Instandhaltung erfolgen. Weiterhin kann eine Temperatur-, Dehnungs- bzw. Wegmessung an den Segmenttraversen zur Überwachung der Segmentlast im Gießbetrieb erfolgen. Weiterhin kann eine Temperatur- und Drehmomentmessung an den Stranggießrollen vorgenommen werden. Dann ist eine Messung der Drehbewegung der Rollen zur Überwachung von Lagerschäden und Segmentfehlstellungen möglich. Ferner ist eine Bewegungs- bzw. Schallmessung an Spritzdüsen bzw. Spritzplatten zur Überwachung der Düsenfunktionalität bzw. zur vorbeugenden Instandhaltung möglich. Schließlich ist eine Positions-und Kraftmessung in den Segmentzylindern oder zwischen Los- und Festseite zur Überwachung der Maulweite sowie der Auffederwegen, Querverschiebungen und Querkräften möglich.

Bezugszeichenliste:

1: Metallurgische Anlage
2: Kontaktbereich für heißes Material
3: Funktionselement
3': Sensor
3": Sender
4: Energieversorgungselement (Thermogenerator)
5: Wärmeübertragungselement
6: Isolationselement
7: Wärmeeintrag
8: Innenwandung
9: Außenwandung
10: Kühlwasser
11: Kabel
12: Erfassungs- und Steuereinheit
13: Empfänger
14: Auswerteeinheit
15: Steuerungseinheit
16: Befestigungselement
17: Schraubenkopf
18: Gehäuse
19: erste Baugruppe
20: zweite Baugruppe

Claims

Metallurgische Anlage (1), die einen Kontaktbereich (2) für heißes Material aufweist, wobei in der metallurgischen Anlage (1) mindestens ein Funktionselement (3) angeordnet ist, das von einem Energieversorgungselement (4) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei das Energieversorgungselement (4) als thermoelektrischer Generator ausgebildet ist, der mit dem Kontaktbereich (2) für heißes Material und mit einem kälteren Bereich der metallurgischen Anlage (1) thermisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Kontaktbereich (2) für heißes Material und einem Seitenbereich des thermoelektrischen Generators (4) ein Wärmeübertragungselement (5) in Form eines Wärmerohrs (Heat-Pipe) angeordnet ist, wobei das Funktionselement (3) einen Sensor (3') und einen Sender (3") für ein vom Sensor gemessenes Signal umfasst.
Metallurgische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (4) als Peltier-Element ausgebildet ist.
Metallurgische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (4) eine Platte aus Halbleitermaterial umfasst.
Metallurgische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3') ein Temperatur-, Druck- oder Kraftsensor ist.
Metallurgische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (5) zumindest teilweise von einem thermischen und/oder elektrischen Isolationselement (6) umgeben ist.
Metallurgische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (3) und das Energieversorgungselement (4) in einem gemeinsamen Gehäuse (18) untergebracht sind, wobei das Gehäuse (18) vorzugsweise eine zylindrische Grundform aufweist.
Metallurgische Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) Bestandteil eines Befestigungselements der metallurgischen Anlage ist, insbesondere eine Dehnschraube.
Metallurgische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kontaktnahme mit flüssigem Metall ausgebildet ist.
Metallurgische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kontaktnahme mit heißem, festem Metall ausgebildet ist.
Metallurgische Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Gefäß für flüssiges Metall ausgebildet ist.
Metallurgische Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Konverter ausgebildet ist.
Metallurgische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Blaslanze ausgebildet ist.