Erkennung von Rissen in Stahlpfannen und Gussbirnen

Stahlwerkspfannen und Gussbirnen haben nur eine begrenzte Lebensdauer. Da sie ständig starken Erschütterungen und hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, nutzt sich ihre feuerfeste Auskleidung mit der Zeit ab oder bekommt Risse. Dann übertragen sich die hohen Temperaturen, die im Inneren der herrschen, auch auf die Außenseite der Stahlpfanne. Wenn dieser Defekt nicht rechtzeitig erkannt wird, kann flüssiger und glühend heißer Stahl unkontrolliert in den Fertigungsbereich austreten und die Gesundheit und das Leben der Stahlwerker gefährden, außerdem können teure Produktionsanlagen zerstört werden. Die FLIR-Wärmebildkameras ermöglichen eine Echtzeit-Überwachung von Pfannen und Gussbirnen und warnen frühzeitig vor Rissen, bevor diese sich bilden. Durch die Vermeidung von Verletzungen, Maschinenschäden und Produktionsausfällen werden somit erhebliche Kosten eingespart.

Sicherheit von Stahlpfannen und Gussbirnen

Bekanntermaßen ist die Lebensdauer von Stahlwerkspfannen und Gussbirnen begrenzt. Durch Brüche und Risse, die durch mechanische Stöße verursacht werden, kann sich die Nutzungsdauer noch weiter verkürzen. Wenn die Auskleidung verschleißt und sich Risse bilden, wird die Außenseite der Pfanne möglicherweise geschmolzenem Metall ausgesetzt. Wenn dieser Defekt nicht rechtzeitig erkannt wird, kann flüssiger und glühend heißer Stahl unkontrolliert in den Fertigungsbereich austreten und die Gesundheit und das Leben der Stahlwerker gefährden, außerdem können teure Produktionsanlagen zerstört werden.

Glücklicherweise können Wärmebildkameras Hot-Spots in Stahlwerkspfannen und Gussbirnen erkennen. So können Schäden deutlich früher entdeckt werden als mit Sichtprüfungen. Das betroffene Teil kann somit rechtzeitig außer Betrieb genommen und genau zum richtigen Zeitpunkt und zu niedrigstmöglichen Kosten neu ausgekleidet werden.

Überwachungssystem für Stahlwerkspfannen und Gussbirnen

Üblicherweise sind die Wärmebildkameras von FLIR in robuste Gehäuse eingesetzt und an festen Positionen angebracht, von denen aus sie ein perfektes Bild der gefüllten Pfanne aufnehmen können, wenn diese auf dem Portalkran vorbeifährt. Diese Kameras nehmen Echtzeit-Bilder der Pfanne auf und berechnen die Temperatur an der Pfannenoberfläche. Mit nur wenigen Kameras kann die gesamte Oberfläche der Pfanne abgedeckt werden. In der Regel werden jedoch bestimmte Bereiche (Region of Interest, ROI) für die genauere Untersuchung und Analyse vordefiniert. Die Wärmebilder dieser besonders gefährdeten Bereiche können zum späteren Vergleich mit aktuellen Bildern gespeichert werden. Durch die Definition von ROIs kann die IR Monitor-Software von FLIR hohe Temperaturen von Gegenständen ignorieren, die sich um die Pfanne herum, aber noch im Sichtfeld der Kamera befinden. Hierdurch wird die Anzahl an Fehlalarmen verringert.

Die Wärmebilder und dazugehörigen Temperaturdaten werden zur Vermeidung von Rauschen durch die elektrischen Geräte per Ethernet und Glasfaserkabel an einen Rechner übertragen.

Die IR Monitor-Software vergleicht jedes Bild einer Kamera mit den gespeicherten Vorlagen. Der Kranbetreiber muss den Kran zur Aufnahme der Bilder nicht anhalten, sodass die Produktion ohne Unterbrechung weiterlaufen kann. Wenn die Vorlage und die entsprechende Bereich des Kamerasichtfelds (z. B. einer oder mehrere ROIs) übereinstimmen, werden die Temperaturwerte berechnet. Wenn ein Wert die vordefinierten Parameter überschreitet, wird ein Alarm ausgelöst. Die genauen Temperaturparameter für Alarme können je nach Werksspezifikationen problemlos angepasst werden.

Das Überwachungssystem erkennt automatisch vordefinierte Bereiche (ROIs) und vergleicht die Messwerte mit den eingestellten Parametern.

Hohe Temperaturen

Der Alarm kann lediglich als Warnung ausgegeben werden, wenn die Temperatur nicht zu hoch ist. In diesem Fall wird die Pfanne zur Gießerei weiterbewegt. Der Bediener kann die Warntemperatur daraufhin mit einer von der Software erstellten Trendanalyse vergleichen und bestimmen, ob die Pfanne für einen weiteren Gießvorgang verwendet werden kann.

Übersteigt die Pfannentemperatur einen kritischen Wert, wird hingegen ein Notfallalarm ausgelöst, der den Kran sofort zum Stillstand bringt. Außerdem können Alarmmeldungen und dazugehörige Bilder über Ethernet, E-Mail oder FTP an das Büro des Werksleiters gesendet werden.

Torpedowagen

Diese Anwendung ist nicht nur für Stahlwerkspfannen und Gussbirnen von Nutzen. Das gleiche System kann auch zur Überwachung von Torpedowägen eingesetzt werden. Da das Ziel bei dieser Anwendung das gleiche ist, muss lediglich die Befestigung der Wärmebildkameras geändert werden. In der Regel werden Kameras auf beiden Seiten des Gleises platziert, auf dem die Torpedowägen zur Gießerei befördert werden.

Damit das Metall nicht aushärtet, werden die Torpedowägen vor dem Befüllen vorgewärmt. Auch zum Vorheizprozess können Wärmebildkameras eingesetzt werden. Mit dieser Technik können einerseits Dauer und Energieverbrauch des Verfahrens minimiert und andererseits die Wägen ausreichend vorgeheizt werden, um ein Aushärten des Metalls zu verhindern. Eine Wärmebildkamera kann durch die Vorheizflamme „hindurchsehen“ und die Temperatur des Wagens aus sicherer Entfernung messen. Hierdurch werden Thermoelemente überflüssig, die ungenauer arbeiten und häufig ausbrennen.

Typischer Aufbau

Die schematische Darstellung auf dieser Seite zeigt den typischen Aufbau eines automatischen Überwachungssystems für Torpedowägen mit der A310-Kamera von FLIR. Obwohl diese Kamera dank ihrer analogen Video- und digitalen E/A-Ausgänge als eigenständiger intelligenter Sensor verwendet werden kann, wird in den meisten Stahlwerksanwendungen die digitale Datenübertragung über Ethernet für computergesteuerte Automatisierungssysteme genutzt. Über die Ethernet-Schnittstelle der A310 kann das Videosignal der Kamera praktisch überall hin gesendet werden, was die Überwachung von mehreren Standorten aus erleichtert.

Die IR Monitor-Software von FLIR dient zur Steuerung sämtlicher Kamerafunktionen, Erfassung von Temperaturdaten, Anzeige von Wärmebildern und Durchführung von Datenanalysen. Das Bedienerdisplay ist die primäre Schnittstelle für die Alarmfunktionen.