Sicheres Brennermanagement für den weltweit führenden Stahlproduzenten

Neueste Produktionstechnologien stehen im Fokus des Stahlgiganten ArcelorMittal, dem weltweit führenden Stahlhersteller.

Ziel: Die eigenen Produktionsprozesse sicherer und effizienter zu machen. Deshalb wurde in ihrem Fallrohr-Kaltwalzwerk im belgischen Gent die Brennerüberwachung der Öfen optimiert.

Im Fokus: effiziente und sichere Automatisierung inklusive effizienterer Diagnose. Beim Umbau der Anlage entschied sich ArcelorMittal für das Rundum-Service-Paket des Automatisierungsexperten Pilz: Zum Einsatz kommt nicht nur dessen Automatisierungssystem PSS 4000, sondern Pilz übernahm auch die Umsetzung des Umbaus.

Das Kaltwalzwerk von ArcelorMittal in Gent dient der Veredelung von Stahlcoils (Bandstahlrollen) entsprechend den Kundenanforderungen.

Der Produktionsprozess für Fallrohre im Kaltwalzwerk gliedert sich in insgesamt fünf Schritte: Beizen, Kaltwalzen, Glühen, Anlassen und anschließende Endbearbeitung.

Vor dem Beizen erfolgt ein Warmwalzvorgang, bei dem sich auf den Stahlplatten eine Oxidschicht bildet. Dieses muss dann im Kaltwalzwerk beim Beizen entfernt werden, bevor die Stahlplatten weiterverarbeitet werden können.

Im nächsten Schritt, dem Kaltwalzen, wird das gebeizte, warmgewalzte Blech abgekühlt und anschließend durch Druck- und Zugkräfte auf die erforderliche Dicke reduziert.

Um das Stahlband kalt umformen zu können, muss es zunächst einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Dieser Prozess wird in zwei Haubenglühbereichen durchgeführt – nämlich in Glühöfen für Stahlcoils, in denen das Stahlband eine Zeit lang in einem geschlossenen Ofen verbleibt – und in einer Durchlaufglühe und Veredelungsanlage, die das Stahlcoil relativ schnell durchläuft. im Gegensatz zur geschlossenen Glühkammer.

Die Stahlcoils, die den Haubenglühbereich verlassen, werden anschließend angelassen (spezielle Wärmebehandlung für Stahl), wodurch die mechanischen Oberflächeneigenschaften des Stahlblechs verbessert werden. Im letzten Schritt werden die Bandstahlrollen verpackt und stehen dann für den Versand an den Kunden bereit.

Yves De Sloover ist Ingenieur im Kaltwalzwerk von ArcelorMittal.

„Unsere Abteilung ist für die Aufrechterhaltung der Prozesse in diesem Bereich verantwortlich. An der Durchlaufglühe kümmern wir uns auch um die SPS-Steuerung und die Brennereinstellung. Unser Ziel ist es, die Produktion kontinuierlich am Laufen zu halten. Dazu gehört auch die ständige Optimierung des Ofens“, sagt er sagte.

Eine Herausforderung war das häufige Abschalten der Anlaufbrenner, die die Hauptbrenner zünden. Daher war diese Phase des Prozesses ein Schwerpunkt im Hinblick auf die Optimierung.

De Sloover erklärt: „Zu Beginn des Prozesses wird der Ofen mit offener Flamme auf 1200 °C erhitzt. Insgesamt gibt es 50 Hauptbrenner, die von 30 Startbrennern gespeist werden. Wenn die Temperatur des Ofens erreicht ist.“ Wenn die Temperatur nach einem Stillstand unter 760 °C sinkt, werden diese Hauptbrenner immer zum Wiederanfahren des Ofens verwendet.“

Auch das ist in der Norm vorgeschrieben. Laut DIN EN 746 sei es Pflicht, ergänzt der Ingenieur.

Bisher wurden die Startbrenner über ein Modul gesteuert, während die Flammenüberwachung über UV-Zellen beim Zünden erfolgte. Wenn eine UV-Zelle defekt wäre, käme die gesamte Anlage zum Stillstand und müsste neu gestartet werden.

Jeder Neustart würde mindestens 40 Minuten dauern, da zunächst unverbrannte, stickstoffhaltige Gase ausgestoßen werden mussten. Auch die defekte UV-Zelle musste jedes Mal ausgetauscht werden. Das war ein echtes Versteckspiel, denn man wusste nie, welche UV-Lampe ausgefallen war. Dadurch waren die Ausfallzeiten erheblich.

Auch die Fehlerbehebung war ineffizient: Obwohl das Brennersteuermodul Informationen über die Gas- und Luftversorgung sowie die UV-Detektoren an die SPS weiterleitete, waren die Möglichkeiten zur Analyse begrenzt und zeitaufwändig.

„Und wir konnten keine Änderungen an der Steuerung vornehmen, da sie nur als Blackbox fungierte und somit nur für die Aufzeichnung der Daten der SPS-Signale verantwortlich war“, erklärt De Sloover.

Daher mussten die Ausfallzeiten drastisch reduziert werden.

„Zuerst haben wir auf Ionisation anstelle von UV-Detektoren umgestellt. Der zweite Schritt bestand darin, das ‚alte‘ Brennersteuermodul auszutauschen“, sagte Ives De Sloover. Der „Ersatz“ war das Pilz Automatisierungssystem für Automatisierung und Sicherheit, das PSS 4000.

Der belgische Stahlhersteller hatte bereits aus einer früheren Zusammenarbeit positive Erinnerungen an den deutschen Automatisierungslösungsanbieter: „Wir hatten bereits eine Pilz-Sicherheitslösung in einer anderen Anlage installiert und waren mit der Qualität der Komponenten, dem Service und dem Support rundum zufrieden. Wir.“ „Wir kennen das Automatisierungssystem bereits und stellen aufgrund seiner Skalierbarkeit eine zukunftsweisende Lösung dar“, blickt der Ingenieur zurück.

Pilz leitete den gesamten Umbau des Kaltwalzwerks. Der Hochofen ist in fünf Zonen mit jeweils zehn Brennern unterteilt. Zone drei wurde als erste umgebaut.

Der erste Schritt bestand darin, die Spezifikationen des zuvor verwendeten Moduls zu dokumentieren. Anschließend übertrug Pilz diese Konstruktionsvorgaben auf die SPS-Steuerung PSSuniversal des Automatisierungssystems.

Ziel war eine längere Einsatzzeit und schnelle, damit ausreichende Diagnosemöglichkeiten. Daher wurde neben der PSSuniversal-SPS in einem neuen, dafür vorgesehenen Schaltschrank eine effiziente Visualisierung zur Statusanzeige des Brenners installiert.

Da die Brenner normgerecht verschiedene Schritte und Abläufe durchlaufen und dabei bestimmte Bedingungen erfüllen müssen, wurde die Visualisierung so konzipiert, dass der Bediener diesen Status auf dem Display auf einen Blick ablesen kann.

„Außerdem wird die Flamme an allen zehn Brennern grafisch dargestellt und die Sensordaten der Brennersteuerung werden auf dem Display angezeigt, so dass jetzt viel schneller reagiert werden kann, wenn einmal ein Wert zu niedrig ist“, freut sich ein Mitarbeiter De Sloover.

Schließlich wurde in den Zonen vier und fünf ein zusätzlicher Schaltschrank mit zwei PSSuniversal-SPS für beide Zonen installiert. Ihr Status kann auch auf dem Display im Bereich drei abgelesen werden.

Mit der Software PAS4000 des Automatisierungssystems PSS 4000 können Funktionsbausteine ​​konfiguriert werden, die auf bestimmte Anwendungsszenarien ausgerichtet sind; in diesem Fall die Brenneranwendung.

Mit dem Brennermanagement-Softwarepaket ist es möglich, Programme zur einfachen und flexiblen Steuerung verschiedener Brennertypen sowie zur Ausführung von Sicherheitsfunktionen wie Schutztürkontakten, Not-Aus-Schaltern und Lichtvorhängen zu implementieren. Der Einsatz vorgefertigter, zertifizierter Funktionsbausteine ​​zur Brennersteuerung vereinfacht nicht nur die Installation, sondern auch die Validierung.

Darüber hinaus stehen in der Software des Automatisierungssystems zahlreiche weitere Funktionsbausteine ​​zur Verfügung. Ives De Sloover beschreibt die Vorteile des Systems und seines Softwarepakets auf den Punkt gebracht: „Ein großer Vorteil des Automatisierungssystems besteht darin, dass es die Implementierung von Anwendungen ermöglicht, die den spezifischen Anforderungen der Kunden entsprechen.“

Seit dem Umbau läuft der Ofen praktisch ununterbrochen. Für die Ingenieure von ArcelorMittal bedeutet das: „Eine gute Nachtruhe.“ Denn „Mehr als einmal waren wir nachts hier und haben nach einem defekten UV-Sensor gesucht. Das gehört der Vergangenheit an“, sagt De Sloover erleichtert.

„Heute läuft die Anlage ohne größere Störungen. Sollte es zu einer Störung kommen, wissen wir sofort, wo der Fehler liegt.“

Das Automatisierungssystem PSS 4000 steht für ein optimales Zusammenspiel von Hard- und Softwarekomponenten, Netzwerkgeräten und Echtzeit-Ethernet.