Einbußen beim metallurgischen Ertrag aufgrund von Kontrollmethoden des Trennverfahrens, die auf Kontakt beruhen, können große Verluste anhäufen. Warum erzielen die Methoden mit Grenzschaltern und Encodern keine Genauigkeit und Präzision bei der Längenmessung von Knüppeln, Vorblöcken, Vorprofilen und Brammen? Und warum ist der Verlust beim Trennverfahren, in den meisten Fällen, größer als 50 mm?

Wenn man von Maschinen umgeben ist, die sich über unsere Köpfe hinweg erstrecken – was bei Stranggussmaschinen der Fall ist – denkt man an tonnenschwere Halbzeugen und enorme Größenordnungen. Diese tendenziellen Gedanken können aber Produktionsprobleme überdecken, die oft wirtschaftliche Einbußen im siebenstelligen Bereich bedeuten. Ein hoher metallurgischer Ertragsverlust kommt von der ungenauen Schnittlänge bei den Trennverfahren der Halbzeugen.

Diese Tendenz hängt mit den Kontrollmethoden der Trennlänge zusammen. Aufgrund der traditionellen Methoden variiert die Fehlertoleranz sehr und erreicht Werte, die den wirtschaftlichen Verlust in die Millionenhöhe treiben können.

Trennverfahren mit kontaktbedingten Methoden

Es werden verschiedene Vorgehen angewendet, um die Längenprobleme zu minimieren. Die traditionelleren Technologien umfassen:

  • Grenzschalter;
  • Encoder/Resolver.

Die Kontrolle der Länge durch Grenzschalter ist eine der meist verbreiteten Arbeitsweisen in Hüttenwerken. Dabei handelt es sich um das manuelle Positionieren der Sensoren an der gewünschten, zu trennenden Länge. Wenn der gegossene Stahl mit dem Schalter in Kontakt kommt, sendet dieser das Klemm-Signal, welches das Trennverfahren in Gang setzt.

Contact Method of Length Control

Bei der Arbeitsweise mit Encoder/Resolver wird der Encoder ebenfalls mit dem Halbzeugen in Berührung gebracht. Im Grunde genommen wird dabei die Länge durch das Zählen der Rotationen gemessen, die der Encoder durchläuft.

Das Problem dieser Vorgehen wird durch die Faktoren verursacht, denen jede kontaktbedingte Methode ausgesetzt ist.

Da es sich beispielsweise um ein manuelles Vorgehen handelt, kann es passieren, dass die Limit Switches ungenau positioniert werden, sich durch die Reibungskraft verschleißen oder dass ein Techniker sich in die gefährliche Arbeitsumgebung begeben muss, wo die Person den hohen Temperaturen ausgesetzt sein wird. Außerdem benötigt diese Methode mehr Produktionsstillstände, um die Geräte zu warten oder die Position für verschiedene Längen neu festzulegen. Die Encoders/Resolvers wiederum sind anfällig für Verschleiß, Abrollen oder Kontaktverlust während des Messverfahrens, was bei Messvorgängen mitTemperaturen von über 900 °C häufig der Fall ist.

Slippage and contact loss of encoders/resolvers

Wenn höhere Toleranz auch höhere Verluste bedeutet

Aufgrund der unbeständigen und ungenauen Messmethoden per Kontakt, nehmen die meisten Stahlhütten eine Sicherheitstoleranz für die Trennfehler in Kauf. Diese Toleranz beträgt ungefähr 30 mm, und dient dazu, dass kein Produkt kürzer hergestellt wird als vorgesehen.
Von daher bevorzugt man es bei der Stahlproduktion, einen längeren Halbzeugen herzustellen, anstatt das Produkt wegen kürzerer Länge zu entsorgen oder zu deklassifizieren. Damit können zwar Kosten eingespart werdem, doch die Toleranzintervalle werden auch immer flexibler wegen der Ungenauigkeit der Verfahren. Bei Stahlherstellern, deren Kontroll- und Wartungsverfahren der Mess-Systeme weniger rigoros sind, kann die Toleranz die 50 mm-Grenze überschreiten.
Es ist möglich, den daraus resultierenden, angesammelten Verlust, annähernd mit nachfolgender Formel zu ermitteln. Oft kennen Stahlhersteller diesen Wert nicht einmal.

Δs = (Δt * Vm) * TT

Δs=(60 * (HpD * DpA) * CS) * ((TU/1000) – 0,0001)

Wobei:
TT – Total Tolerance / Gesamt-Toleranz
HpD – Daily operation hours / Produktionsstunden pro Tag
DpA – Days per year / Produktionstage pro Jahr
CS – Cast Speed / Gussgeschwindigkeit
TU – User Tolerance / Benutzer-Toleranz

Anhand dieser Berechnungen und mit den von unseren Kunden gesammelten Daten, kann man sich eine Vorstellung machen, wie hoch dieser Verlust wirklich ist. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Kunde Durchschn. Längen-Variation % Produkte unter Längenmaß Ertragsverlust Ertragskosten / Monat
1 1.5 in (40 mm) 10% 0,59% $224,809
2 1 in (25 mm) 21% 0,32% $131,493
3 1 in (25 mm) 3% 0,38% $152,115

Der Kunde 1, dessen Längentoleranz 40 mm beträgt, registriert 10% seiner Halbzeugen mit einer Länge unterhalb der gewünschten Maße und einen metallischen Verlust von 0,59%, was zu einem monatlichen Defizit von 220 tausend US-Dollar führt. Mit diesem Rhytmus hätte der Kunde einen jährlichen Verlust von 2,6 millionen US-Dollar. Der Kunde 2, mit einer zugelassenen Variation von 25 mm, registriert 21% seiner Produkte unterhalb der gewünschten Länge (metallurgischer Ertragsverlust von 0,32%), weswegen er jährlich 1,5 millionen US-Dollar einbüßt. Der letzte Kunde, der ebenfalls eine Abweichung von 25 mm toleriert, verzeichnet einen jährlichen Verlust von 1,8 millionen US-Dollar.
Call-to-Action 001 Waste Calculator

Höhere Genauigkeit und Präzision sind die Lösung

Die Lösung, um diese Verluste zu minimisieren, besteht aus Investitionen in Kontrollmethoden der Trennlänge mit höherer Präzision und Genauigkeit. Ein System, das auf Lasertechnologie beruht und kontaktlos arbeitet, ermöglicht es, die aufgeführten Probleme zu beheben, welche den traditionellen Verfahren eigen sind.

Laser lenght controller before/after

Der Vergleich von realen, durch einen Kunden ermittelten Daten, welcher ein Lasersystem zur Kontrolle der Produktlänge verwendet, belegt den großen Unterschied zwischen den Methoden zur Längenvermessung, was die Genauigkeit und die Präzision belangt. Die Verlässlichkeit der Laserkontrolle hebt sich wegen der minimalen Variation der Trennlänge hervor.

Histogram Tozato Cut-to-Lenght Controller

Fazit

Die Einschränkungen der traditionellen Vermessungsmethoden zum Trennverfahren von Halbzeugen sind vielfältig und bekannt. Auch wenn ihre Anwendung in Stahlhütten noch sehr verbreitet ist, erweisen sie sich doch als ineffizient, da man ihre Anfälligkeit für Fehler mit millionenschweren Verlusten verbindet.
Wenn die Kosten- und Ausgabenverringerung zum Hauptanliegen des Marktes wird, repräsentiert die Inbetriebnahme eines kontaktlosen Mess-Systems den wichtigsten Schritt, um diese Anliegen zu erfüllen. Dies liegt an der Möglichkeit, genauere Vermessungen vorzunehmen, bei denen der Mitarbeiter nicht den schlechten Arbeitsbedingungen ausgesetzt ist, sowie die Probleme mit Encodern aufzuheben, bei denen der Sensor abrutschen, abgleiten oder den Kontakt zur Oberfläche des Produktes verlieren kann. Somit wird ein metallurgischer Ertragsverlust durch eine Investition mit dem besten Preis-Leistungsverhältnis minimiert.
Zum Schluss kann man hervorheben, dass auch beim Walzen bedeutende Produktionsverluste vermieden werden, weil die Fehlertoleranz des Trennverfahrens geringer ist, und konsequent auch die Materialverluste. Auf diese Weise gewinnt der Produzent nicht nur ein verbessertes Endprodukt, sondern auch dessen Hauptabnehmer.