Neuartiges Mess- und Regelungsverfahren für eine Ressourcen schonende Temperaturführung bei der Behandlung heißer Schmelzen

Ein branchenübergreifend einsetzbares Mess- und Regelungsverfahren zur Temperaturführung heißer Schmelzen verbessert die Qualität der Erzeugnisse und schont die Ressourcen. Die Umsetzung soll exemplarisch in einem mittelständischen Gießbetrieb der Eisen- und Stahlindustrie erfolgen. Die erzielten wirtschaftlichen und umweltrelevanten Vorteile wie Einsparung von Einsatz- und Zuschlagstoffen, Verkürzung der Schmelzenbehandlungszeiten und Verminderung der Ausschussproduktion werden verifiziert und bewertet.

Ziel
Ein betriebstaugliches, allgemein übertragbares Mess- und Regelungsverfahren zur Temperaturführung heißer Metall- und Glasschmelzen soll in dem Projekt „Neuartiges Mess- und Regelungsverfahren für eine Ressourcen schonende Temperaturführung bei der Behandlung heißer Schmelzen“ entwickelt werden.
Dabei wird ein lanzenbasiertes optisches Temperaturmesssystem entwickelt, das auf dem Einsatz eines direkt in die Schmelze eintauchenden konventionellen und damit preisgünstigen Lichtwellenleiters basiert.
Das neue Messsystem wird mobil in verschiedenen schmelztechnischen Prozessstufen eingesetzt. Es ermöglicht erstmals eine kalibrierfreie kontinuierliche Online-Erfassung der Schmelzentemperatur. In Verbindung mit einem neuartigen Regelungskonzept zur Temperaturführung heißer Schmelzen soll das neue Temperaturmesssystem zur Einsparung von Einsatzstoffen, Verkürzung von Prozesszeiten und Verstetigung der Produktqualität in Gieß- und Schmelzbetrieben beitragen.

Technologie
Die im Rahmen des Projekts zum Einsatz kommenden Technologien umfassen Techniken zur Zuführung von Lichtwellenleitern in heiße Schmelzen, die glasfasergestützte Pyrometrie (berührungsfreie Temperaturmessung) sowie Mess-, Steuer- und Regeltechnik zur Messsystemansteuerung und Signalauswertung.
Zur zuverlässigen Zuführung des Lichtwellenleiters in die bis zu 1800 °C heiße Schmelze werden eine leicht handhabbare und flexibel einsetzbare, mit Schutzgas gespülte Handlanze sowie kostengünstige und leicht wechselbare Schutzrohrsonden als in die Schmelze eintauchender Teil der Handlanze entwickelt.
Eine weitere technische Herausforderung liegt in der Anpassung des optischen Systems zur Realisierung der erforderlichen Messgenauigkeit bei einer maximalen Abweichung von 5 °C. Zur Gewährleistung einer möglichst hohen Signalausbeute werden geeignete Lichtwellenleiter erprobt. Ein kompaktes Glasfaserpyrometer wird entwickelt, das direkt an das kalte Ende des Lichtwellenleiters angeschlossen wird. Zur Berücksichtigung der sich ändernden Lichtwellenleiterlänge sowie der spezifischen optischen Übertragungseigenschaften wird ein Online-Kalibriermodul entwickelt.
Folgende Vorteile für Umwelt und Betrieb sind durch den Einsatz des neuartigen Mess- und Regelungsverfahrens absehbar: 

  • Senkung des Bedarfs an Legierungs- und Dotierungselementen sowie Zuschlagstoffen um bis zu zehn Prozent durch Bestimmung des optimalen Zeitpunkts ihrer Zugabe und damit weitgehende Vermeidung ihres Abbrands,
  • Erhöhung der Ausbringung durch zuverlässigeres Einstellen der erforderlichen Schmelzenzusammensetzung und Gießtemperatur sowie der Vermeidung von Minderqualität des Produkts,
  • Verkürzung der Schmelzenbehandlungszeiten um bis zu fünf Prozent durch Vermeidung von Prozessunterbrechungen infolge unzureichender Schmelzentemperatur.

Anwendungen
Für das neuartige Mess- und Regelungsverfahren ergibt sich ein unmittelbares Anwendungspotenzial in den mehr als 800 überwiegend kleinen und mittelständischen Schmelz- und Gießbetrieben der deutschen Eisen- und Nichteisen-Metallindustrie sowie den mehr als 500 Produktionsbetrieben der deutschen Glasindustrie.
Über die Möglichkeiten einer wirtschaftlicheren Herstellung neuer qualitativ hochwertiger Metall- und Glaserzeugnisse ergibt sich darüber hinaus mittelbares Anwendungspotenzial in den Branchen Nahrungsmittelindustrie, chemische Industrie sowie im Armaturen- und Anlagenbau. Der typischerweise mittelständische Gerätebau, der Komponenten des neuen Temperaturmesssystems anbietet, rundet das Interesse der Industrie ab.

 

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Mit Hilfe eines branchenübergreifend einsetzbaren Mess- und Regelungsverfahrens zur Temperaturführung heißer Schmelzen können Eisen- und Glasindustrie eine bessere Qualität bei der Herstellung der Produkte erzielen.

Ansprechpartner

  • Projektkoordinator

    • Dr.-Ing. Oliver Mielenz
    • Betriebsforschungsinstitut VDEh – Institut für Angewandte Forschung
    • 40237 Düsseldorf
    • Telefonnummer: 0211 6707-565
    • E-Mail-Adresse: oliver.mielenz@bfi.de
    • Dipl.-Ing. Wolfgang Scheuer
    • Optrotherm Mess- und Sensortechnik GmbH
    • 65933 Frankfurt a. M.
    • Telefonnummer: 069-34086
    • E-Mail-Adresse: scheuer@optrotherm.de
    • Dipl.-Ing. Georg Jansen
    • Edelstahlwerke Schmees GmbH
    • 40764 Langenfeld
    • Telefonnummer: 02173 8505-53
    • E-Mail-Adresse: georg.jansen@schmees.de
    • Wolfgang Luckenbach
    • Sensortherm Infrarot Mess- und Regeltechnik GmbH
    • 58300 Wetter
    • Telefonnummer: 02335 8483-60
    • E-Mail-Adresse: luckenbach@sensortherm.de

Laufzeit

01.06.2006 – 30.06.2008

Förderung

Das Verbundprojekt „Neuartiges Mess- und Regelungsverfahren zur effizienten Beschichtung faserverstärkter Kunststoffe“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Maßnahme „Innovationen als Schlüssel für Nachhaltigkeit in der Wirtschaft" gefördert und vom Projektträger im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (PT-DLR) betreut.