Deutscher Formermeister Bund e.V. Ortsverein Isselburg-Bocholt Kontinuierliche, flächendeckende...

Deutscher Formermeister Bund e.V.Ortsverein Isselburg-Bocholt

Kontinuierliche, flächendeckende Überwachung des Feuerfestverschleißes

Autor: Dipl.-Ing. Steffen Böttger


Spule

FeuerfestzustellungAus-waschung

Penetration

Metall-zunge

Schlackeansatz

Verschleißerscheinungen am Tiegelofen


Hauptverschleißteil – feuerfeste Zustellung


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

SpannungsversorgungOfen

Boden-elektrode(Antenne)

Isolationswächter

Kühlwasser-widerstand

Prinzip der Erdschlussüberwachung zwischen kontaktierter Schmelze und Spule


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

SpannungsversorgungOfen

Schirmelektrode

Boden-elektrode(Antenne)

Isolationswächter

Isolationsüberwachung zwischenkontaktierter Schmelze und Schirmelektrode


Einfluss des Koppelspaltes auf die elektrischen Parameter

65% Ausgangswandstärke 35% Ausgangswandstärke

Unterschiedlicher Verschleiß kann zu gleicher Änderung derelektrischen Parameter führenNur integraler Zustand wird erfasst (keine Schmelzenzungen)

Auswertung elektrischer Betriebsdaten

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

aber gleiche Änderung der elektrischen Parameter

Nachteile:


Abhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes von Feuerfestmaterialien von der Temperatur

KorundererzeugnisseSilikaerzeugnisseSchamotteerzeugnisseChromoxidstein (30% Cr2O3)ZAC Material

Temperatur [°C]

1010

Spe

zifis

cher

ele

ktris

cher

Wid

erst

and

[Ohm

cm

]

101

102

103

104

105

106

107

109

108

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600


Spule

A

B

Fall 3Fall 2 Fall 1

SpulenputzZustellung Schmelze

Elektroden-Platte mitSensor-drähten

= 1570°C

= 80°C

10

12 4085

Fall 1:Wandstärke 85mmFall 2:Restwandstärke 40mmFall 3:Restwandstärke 12mm

SpuleSpulen-putz Zustellung

Tem

pera

tur [

° C]

Abszissenwert 0 mm entspricht:Oberfläche Spulenputz /

Sensorort (Elektrodenplatte) -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Wandstärke [mm]

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Geometrie und Temperaturprofil für drei Verschleißfälle


Fall 1: Ausgangs-

wandstärke 100%Rel = 74 000 k

Fall 3: Restwandung 15% vor den Elektroden Rel = 2 k

Fall 2: Restwandung 50% vor den

ElektrodenRel = 535 k

Fall 4: Restwandung 50% mit zusätzlichem lokalem Schmelzen-vordringen bis auf 17% RestwandstärkeRel = 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


Prinzipieller Aufbau einer Sensormatte und deren Installation im Induktionstiegelofen

Material 2Material 1

Kamm B

Kamm AAnschlussdrähte


Zunge

Riss

FF-MaterialElektrodenplatte

SpuleSpulenputz / Dauerfutternormaler

Verschleiß

starke Auswaschung

Verschleißdarstellung auf dem SAVEWAY - System


Prinzip SAVEWAY-System Generation III

MesseinheitSteuerungs- und Visualisierungs-

einheit


SAVEWAY-System III. Gerätegeneration / Steuerungs- und Visualisierungseinheit (links), Messeinheit (rechts)


Darstellung des Verschleißzustandes auf dem Monitor


24. Juni25. Juni

26. Juni27. Juni

28. Juni29. Juni

30. Juni1. Juli

2. Juli

grüneStufen

gelbeStufen

rot

127 mm

63,5 mm

19 mm0 mm

Seg. 1Seg. 2Seg. 3Seg. 4Seg. 5Seg. 6

Neuzustellung Neuzustellung

1. Schmelzenach Neu-zustellung

Res

twan

dstä

rke

Anz

eige

stuf

en

Feuerfestaufbau:127 mm Stampfmasse MgO / Al2O3

spinellbildend

Verschleißsignal an einem 3 t – MF – Ofenzum Schmelzen von Stahl- und Edelstahllegierungen


1

10

100

1.000

10.000

100.000

1.000.000

10.000.000

100.000.000

00:0

0

06:0

0

12:0

0

18:0

0

00:0

0

06:0

0

12:0

0

18:0

0

00:0

0

06:0

0

12:0

0

18:0

0

00:0

0

06:0

0

12:0

0

18:0

0

00:0

0

06:0

0

12:0

0

18:0

0

Rre

f

Seg 1Seg 2Seg 3Seg 4Seg 5Seg 6Seg 7

10. Dec 00 11. Dec 00 12. Dec 00 13. Dec 00 14. Dec 00

Verschleißsignal an einem 10t – MF – Tiegelofenzum Erschmelzen von Nickel – Basis – Legierungen


Verschleiß an zwei Induktionstiegelöfenrichtig angezeigt mittels SAVEWAY System


Rinneninduktor

Oberofen

Schmelze

3. Betriebswoche

FeuerfestmaterialStahlwandung

50. Betriebswoche

Feuerfestmaterial

Stahlwandung

Schnitt durch die Zustellung eines Rinnenofens

Verschleißerscheinungen am Warmhalteofen


Schmelzentemperatur 1550 °C / freie Konvektion an der Außenwand

30025 40

1400

°C

200 °C

350 °C

400 °C450 °C500 °C550 °C

700

°C

25 150300

900

°C11

00 °C

1300

°C

1500

°C

1200

°C10

00 °C

800

°C60

0 °C

400

°C

Temperaturprofil in der Gefäßwand für zwei Verschleißstadien


SAVELINE Sensor zur Erkennung von Hot-Spots

Mess-system

Mantel(Außenleiter)

Innenleiter Keramik

Durchmesser 3-4 mmLänge variabel

Temperatur [° C]

107Sp

ezifi

sche

r ele

ktris

cher

Wid

erst

and

[Ohm

cm

]

Alkali-Silikatglas

PTZPorzellan

QuarzKorund

1010

109

108

104

106

105

0 200 400 600 800 1000 1200


SAVELINE-Sensor

Stahlmantelkeramische Faser

Sicherheitsfutter(Gießbeton)

Arbeitsfutter

Anordnung von SAVELINE – Sensoren zur Überwachung der Gefäßwand eines Warmhalteofens


SAVELINE – Sensor im Halsbereich

Feuerfestmaterial

Feuerfestmaterial

WasserkühlungHalsbereich desOberofensInduktorgehäuse Rinne

SchmelzeSensor


Verschleißbildschirm am Rinnenofen


Installationen von SAVELINE – Sensoren in der Praxis


05. Jan

linke Hälfte

rechte Hälfte

linksrechts 30

20

10

0

Vers

chle

iß [%

]

25. Jan20. Jan15. Jan10. Jan400

500

600

Tem

pera

tur [

°C]


Induktor - oben

Induktor - unten

Oberofenflansch

Oberofen Einfüllbereich06

. Mär

z

09. M

ärz

12. M

ärz

15. M

ärz

18. M

ärz

SAVE

WA

Y A

nzei

ge [°

C]

Rre

f.

106

103

105

104

500

450

400

350

Induktor - obenInduktor - untenOberofenflanschEinfüllbereich

Überwachung eines Flansches am Rinneninduktor


1

2

3

4

5

67

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 - 0Fax: +49 / 3677 80 60 - 99e-mail: [email protected]

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