Deutscher Formermeister Bund e.V. Ortsverein Isselburg-Bocholt Kontinuierliche, flächendeckende Überwachung des Feuerfestverschleißes Autor: Dipl.-Ing. Steffen Böttger
Verschleißerscheinungen am Tiegelofen Schlackeansatz Metall- zunge Penetration Spule Aus- waschung Feuerfestzustellung Verschleißerscheinungen am Tiegelofen
Hauptverschleißteil – feuerfeste Zustellung
Methoden der Verschleißerkennung am Rinnenofen Methoden der Zustandserkennung des Feuerfestmaterials allgemeine Zustandsbestimmung Hot - Spot - bzw. Temperaturmessung elektrische Werte über Induktorzustand Restwandstärke-messung visuelle Kontrolle Kühlwassertemperatur- verlauf - Relation von Gewicht und Füllstand Thermoelemente Thermovision / Infrarotmessung - Liniensensoren SAVELINE Rinnendiagramm cos Erdschlussüberwachung am Kühlzylinder nach SAVEWAY - Laserverfahren Methoden der Verschleißerkennung am Rinnenofen
Methoden der Zustandserkennung des Feuerfestmaterials Isolationswiderstands-messung zwischen kontaktierter Schmelze und Spule (Erdschluss-überwachung) Widerstandsmessung zwischen kontaktierter Schmelze und Schirmelektrode Auswertung der elektrischen Betriebsdaten Kontinuierliche Verschleißüber-wachung nach SAVEWAY Warneinrichtung vor Schmelzendurchbrüchen
Feuerfestmaterial Spulenputz Spannungsversorgung Ofen Kühlwasser- widerstand Boden- elektrode (Antenne) Isolationswächter Prinzip der Erdschlussüberwachung zwischen kontaktierter Schmelze und Spule
Nachteile der herkömmlichen Signaleinrichtung Folgende physikalische Einschränkungen sind dem Meßsystem auferlegt: · Eine Anzeige am System kann nicht eindeutig dem Verschleiß des Feuerfestmaterials zugeordnet werden. Da es sich um eine Messung zwischen Erde und Spule handelt, werden vom Isolationswächter alle Erdschlüsse angezeigt. Erdschlüsse können auch in der Spannungsversorgung des Ofens bzw. zwischen Spule und Ofenkonstruktion (Joche) auftreten. · Der Verschleiß des Feuerfestmaterials wird nicht kontinuierlich angezeigt. Grund dafür ist der Nebenschlusswiderstand des Kühlwassers und die elektrische Isoliereigenschaft kalter Keramik (Spulenputz / Dauerfutter). Erst bei unmittelbarem Kontakt zwischen Schmelze und Spule wird ein Durchbruchsignal gegeben. In solchen Fällen ist der Schmelzprozess sofort zu unterbrechen und ein Notabguss geboten. · Bei Unterbrechung des Kontaktes zwischen Bodenelektrode und Schmelze ist das System außer Funktion! Solche Unterbrechungen können bei Schlackeablagerung auf dem Boden oder durch Abschmelzen bzw. Oxydation der Bodenelektrode auftreten. · Bei der Sintercharge bzw. nach Reparaturen am Spulenputz / Sicherheitsfutter liegt aufgrund der Feuchtigkeit eine niederohmige Verbindung zwischen Spule und Erdpotential vor. Das System signalisiert daher Erdschluss bzw. Durchbruchgefahr. Daher können eine gewisse Zeit keine Rückschlüsse auf den Tiegelverschleiß bzw. nahender Schmelze gezogen werden. · In der Regel besitzen solche Induktionsüberwachungen keine Eigendiagnosefunktion. Daher sollte laut Bedienungsanweisung die Funktion manuell überprüft werden. Nachteile der herkömmlichen Signaleinrichtung
Feuerfestmaterial Spulenputz Schirmelektrode Spannungsversorgung Ofen Boden- elektrode (Antenne) Isolationswächter Isolationsüberwachung zwischen kontaktierter Schmelze und Schirmelektrode
Einfluss des Koppelspaltes auf die elektrischen Parameter wäscht der Tiegel aus Gesamtinduktivität des Ofens wird kleiner NF – Anlagen: mit Auswaschung wird cos (PWirk / PSchein) größer MF – Anlagen: mit Auswaschung wird f größer 65% Ausgangswandstärke 35% Ausgangswandstärke aber gleiche Änderung der elektrischen Parameter Nachteile: Unterschiedlicher Verschleiß kann zu gleicher Änderung der elektrischen Parameter führen Nur integraler Zustand wird erfasst (keine Schmelzenzungen) Auswertung elektrischer Betriebsdaten
Spezifischer elektrischer Widerstand 1010 Korundererzeugnisse Silikaerzeugnisse Schamotteerzeugnisse Chromoxidstein (30% Cr2O3) ZAC Material 109 108 107 106 Spezifischer elektrischer Widerstand [Ohm cm] 105 104 103 102 101 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Temperatur [°C] Abhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes von Feuerfestmaterialien von der Temperatur
Geometrie und Temperaturprofil für drei Verschleißfälle Zustellung Schmelze Spule Spulenputz 10 = 1570°C Spulen- putz A Fall 3 Spule Zustellung Fall 2 Fall 1 1600 1400 B 1200 = 80°C 1000 Temperatur [° C] 800 Elektroden- Platte mit Sensor- drähten 12 40 85 600 Fall 1: Wandstärke 85mm Fall 2: Restwandstärke 40mm Fall 3: Restwandstärke 12mm 400 200 Abszissenwert 0 mm entspricht: Oberfläche Spulenputz / Sensorort (Elektrodenplatte) -20 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Wandstärke [mm] Geometrie und Temperaturprofil für drei Verschleißfälle
Fall 1: Ausgangs-wandstärke 100% Rel = 74 000 k Restwandung 15% vor den Elektroden Rel = 2 k Fall 2: Restwandung 50% vor den Elektroden Rel = 535 k Fall 4: Restwandung 50% mit zusätzlichem lokalem Schmelzen-vordringen bis auf 17% Restwandstärke Rel = 36 k <10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 1 10 100 Am-2 Darstellung der Stromdichte (Messstrom) und der resultierenden Impedanzen für 4 Verschleißfälle
Kamm A Anschlussdrähte Kamm B Material 1 Material 2 Prinzipieller Aufbau einer Sensormatte und deren Installation im Induktionstiegelofen
Verschleißdarstellung auf dem SAVEWAY - System Spule normaler Verschleiß Spulenputz / Dauerfutter Elektrodenplatte FF-Material Riss starke Auswaschung Zunge Verschleißdarstellung auf dem SAVEWAY - System
Prinzip SAVEWAY-System Generation III Steuerungs- und Visualisierungs- einheit Messeinheit Prinzip SAVEWAY-System Generation III
SAVEWAY-System III. Gerätegeneration / Steuerungs- und Visualisierungseinheit (links), Messeinheit (rechts)
Darstellung des Verschleißzustandes auf dem Monitor
Feuerfestaufbau: 127 mm Stampfmasse MgO / Al2O3 spinellbildend Restwandstärke Anzeigestufen Neuzustellung Seg. 1 Seg. 2 Seg. 3 Seg. 4 Seg. 5 Seg. 6 Neuzustellung 1. Schmelze nach Neu- zustellung 127 mm grüne Stufen 63,5 mm gelbe Stufen 19 mm rot 0 mm 24. Juni 25. Juni 26. Juni 27. Juni 28. Juni 29. Juni 30. Juni 1. Juli 2. Juli Verschleißsignal an einem 3 t – MF – Ofen zum Schmelzen von Stahl- und Edelstahllegierungen
Verschleißsignal an einem 10t – MF – Tiegelofen zum Erschmelzen von Nickel – Basis – Legierungen
Verschleiß an zwei Induktionstiegelöfen richtig angezeigt mittels SAVEWAY System
Schnitt durch die Zustellung eines Rinnenofens Schmelze Oberofen Rinneninduktor Schnitt durch die Zustellung eines Rinnenofens Feuerfestmaterial Feuerfestmaterial Stahlwandung Stahlwandung 3. Betriebswoche 50. Betriebswoche Verschleißerscheinungen am Warmhalteofen
Schmelzentemperatur 1550 °C / freie Konvektion an der Außenwand 150 25 40 25 300 300 Temperaturprofil in der Gefäßwand für zwei Verschleißstadien
Spezifischer elektrischer Widerstand [Ohm cm] Mess- system Durchmesser 3-4 mm Länge variabel 1010 Mantel (Außenleiter) Quarz Korund 109 10 8 Keramik Innenleiter Spezifischer elektrischer Widerstand [Ohm cm] 107 106 PTZ 105 Alkali- Silikatglas Porzellan 104 200 400 600 800 1000 1200 Temperatur [° C] SAVELINE Sensor zur Erkennung von Hot-Spots
keramische Faser Stahlmantel Sicherheitsfutter (Gießbeton) Arbeitsfutter SAVELINE-Sensor Anordnung von SAVELINE – Sensoren zur Überwachung der Gefäßwand eines Warmhalteofens
SAVELINE – Sensor im Halsbereich Feuerfestmaterial Schmelze Sensor Wasserkühlung Halsbereich des Oberofens Induktorgehäuse Rinne Feuerfestmaterial SAVELINE – Sensor im Halsbereich
Verschleißbildschirm am Rinnenofen
Installationen von SAVELINE – Sensoren in der Praxis
links rechts 600 30 20 Verschleiß [%] Temperatur [°C] 500 10 400 05. Jan 10. Jan 15. Jan 20. Jan 25. Jan
Überwachung eines Flansches am Rinneninduktor Induktor - oben 106 Induktor - unten Oberofenflansch Einfüllbereich 350 105 400 SAVEWAY Anzeige [°C] Rref. 450 104 500 103 06. März 09. März 12. März 15. März 18. März Überwachung eines Flansches am Rinneninduktor
5 2 1 4 7 6 3 8 Prinzipielle Anordnung der SAVEWAY Sensorelemente am Einguss des Rinnenofens
Historiebildschirm am Rinnenofen
- Kontinuierliche Messung der Restwandstärke während des Ofenbetriebes Eindeutige Anzeige bei allen Arten des Verschleißes z.B.: Auswaschung, Penetration, Metallzungen usw. - Lokalisierung des Verschleißes auf den Ofenumfang Anzeige der Trocknung des Feuerfestmaterials - Sichere Überwachung der Sintercharge - Anzeige von Kühlwasserleckagen Keine Bodenelektrode / Antenne nötig Wechsel des Feuerfestmaterials wird kalkulierbar Schmelzverfahren und Zustellung können risikofrei optimiert werden Vorteile des SAVEWAY Systems
- Sichere Vermeidung von Anlageschäden und Spulendurchbrüchen - Erhöhung der Sicherheit für das Anlagenpersonal und die Anlagen selbst - Erhöhung der Standzeit der feuerfesten Zustellung durch deren optimale Auslastung - Senkung der Kosten für Produktionsausfälle und Instandhaltung Betriebserfahrungen mit dem SAVEWAY System
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Wünschen Sie weitere Informationen? SAVEWAY GmbH & Co. KG Tel: +49 / 3677 80 60 - 0 Fax: +49 / 3677 80 60 - 99 e-mail: s.boettger@saveway-germany.de