Verfahren und Vorrichtung zur Früherkennung eines Durchbruchs der Feuerfest-Auskleidung einer Schmelze enthaltenden Pfanne

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen und/oder thermischen Abtasten der Oberfläche einer Pfanne für flüssiges Metall, insbesondere für Stahlschmelze, unter Verwendung einer Prüfeinrichtung zur Feststellung des Zustandes der Ausmauerung zwecks rechtzeitiger Erkennung von stellenweisen kritischen Veränderungen. Die Erfindung betrifft auch eine Prüfeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Es entspricht festen Regeln der Betriebswirtschaft, dass das System einer Stranggießanlage vom Betreiber entsprechend den bei der Bedienung auftretenden Risiken mit sicherer Steuerungstechnik ausgelegt und ausgerüstet wird.

[0003] Für die Bediener ergibt sich jedoch als größter Schwachpunkt die nicht miterfasste Sicherheit der auswechselbaren Pfanne, die von einem Drehturm der Stranggießanlage zugefördert wird und die den vorerwähnten Aufwand an Sicherheitstechnik zu einem erheblichen Teil wieder zunichte macht.

[0004] Besonders kritisch ist ein Pfannendurchbruch für die Bediener der Anlage deswegen, weil er nur im letzten Moment, Sekunden vor einem Durchbruch, erkannt werden kann.

[0005] Ursachen für einen Durchbruch liegen:

+ einerseits in häufig schlechter Qualität oder Zustand einzelner Feuerfest-Steine der Auskleidung,

+ andererseits in einer unzureichend qualifizierten Organisation bzw. Mannschaft der Pfannenwirtschaft, und

+ in deren zu geringer Konsequenz bei der Umsetzung im Gießbetrieb,

+ an Fehlern oder Missgriffen bei der Einleitung von Gegenmaßnahmen.

[0006] Beim Stand der Technik sind technische Hilfsmittel zur Erkennung von kritischen Veränderungen in den Auskleidungen bzw. der Feuerfest-Ausmauerung von Metall-Gießpfannen zur Vermeidung von Durchbrüchen bekannt.

[0007] Das Dokument JP 03169474 A beschreibt Mittel zur Beurteilung des Endes der Verwendbarkeit der Auskleidung einer hitzebeständigen Wanne bzw. Kessels infolge Erosion der Ausmauerung, nach Maßgabe einer indirekten Messung der übrigbleibenden Dicke der Schicht mittels Temperaturverteilung in einer Infrarot-Thermographie durch einen Infrarot-Sensor, einen Monitor und eine Kamera. Der Infrarot-Sensor wird zur Beobachtung der Außenfläche der Pfanne in eine entsprechende Position gebracht, um ein Bild zu erzeugen. Nach Einfüllen von Schmelze in die Pfanne wird die Aussentemperatur derselben durch den Infrarot-Sensor ermittelt. Sodann wird die Temperaturverteilung am Aussenumfang des Kessels mittels Infrarot-Thermographie auf dem Monitor abgebildet. Sobald die restliche Dicke der Feuerfestschicht indirekt ermittelt ist, wird von einem Referenzindex zwischen der Oberflächentemperatur der Aussenfläche der Pfanne und der restlichen Dicke der Ausmauerung, die Erosion der Ausmauerung im Kessel objektiv festgestellt.

[0008] Das Dokument DE 101 52 201 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kontrolle der Stahltemperatur vom Gießspiegel einer Stranggießkokille über den Bereich der gesamten Sekundärmetallurgie mit einer endtemperaturbestimmenden Prozessstufe wie einen Pfannenofen bis zum Ofenabstich eines Stahlerzeugungsprozesses. Die Stahltemperatur im Gießspiegel wird kontrolliert in der Weise eingehalten, dass ein Temperatursprung zwischen dem Gießspiegel in der Kokille und einem Verteiler in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit für ein vorgegebenes Strangformat erfasst wird sowie die Pfannengeschichte bezüglich der Zeitabschnitte, wie "Pfanne voll", "Pfanne leer", und Pfannenzustand, wie Pfannenausmauerung, Pfannenalter, sowie auch ein Stahltemperatursprung zwischen dem Verteiler und der letzten Pfannenofentemperatur.

[0009] Das Dokument G 90 04 945.4 beschreibt ein metallurgisches Gefäss mit Feuerfest-Auskleidung. Zur Erfassung des Verschleißes ist in der Auskleidung mit Abstand zu deren Oberfläche wenigstens ein Verschleißdetektor in Gestalt eines an eine elektrische Spannungsquelle anschließbaren elektrischen Leiters oder Leiterpaares eingebettet. Diesem wird zweckmäßig ein optischer und/oder akustischer Singalgeber zugeordnet, der bei einem kritischen Verschleißzustand ein Signal liefert.

[0010] Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kontrollverfahren und eine Prüfeinrichtung anzugeben, mit deren Hilfe der Zustand der Ausmauerung einer Pfanne festgestellt werden kann und durch rechtzeitiges manuelles oder automatisches Eingreifen ein weiteres Handling einer Pfanne mit beschädigter Ausmauerung verhindert und damit eine Gefährdung von Personen oder der Stranggießanlage vermieden werden kann.

[0011] Zur Lösung der Aufgabe werden mit der Erfindung bei einem Verfahren entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 Maßnahmen nach dem Kennzeichnungsteil von Anspruch 1 vorgeschlagen sowie eine Prüfeinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 6.

[0012] Damit ist ein sicheres Erkennen selbst kleinster Unterschiede in der Ausmauerung der Metallpfanne und damit eine Warnung vor dem zu erwartenden Durchbruch möglich. Nach dem Prinzip der Graustufenauswertung besteht die vorteilhafte Möglichkeit, Fehler oder Qualitätsunterschiede der Ausmauerung rechtzeitig festzustellen, und damit Schäden sowie Produktionsausfälle und vor allem Verletzungen der Betriebsmannschaft zu vermeiden. Kleinste geometrische, durchaus charakteristische Abweichungen, die für Fehler in der Ausmauerung typisch sind, werden sichtbar gemacht.

[0013] Weitere Ausgestaltungen von Verfahren und Vorrichtung sind in den jeweils zugehörigen Unteransprüchen angegeben.

Der manuelle Einsatz der Prüfeinrichtung wird wie folgt vorgenommen:

[0014] Sobald eine Pfanne in den Pfannendrehturm eingesetzt ist, wird der Gießer aufgefordert, die Prüfeinrichtung zu starten.

[0015] Die Pfannenoberfläche, d.h. die Oberfläche von Mantel und/oder Boden wird nun optisch abgetastet und die aufbereiteten Bilder auf einem Monitor dargestellt. Die von einer Infrarotkamera erstellten digitalen Schwarz-Weiß-Bilder werden nach dem Prinzip der Grauwertstufen farbig, also Stufe für Stufe in einer anderen Farbe auf dem Bildschirm wiedergegeben.
Hierdurch wird es möglich, feinste Unterschiede zwischen den Graustufen sichtbar zu machen, die mit bloßem Auge nicht zu unterscheiden sind. Durch die Art der Aufbereitung erkennt der Gießer sehr deutlich Unterschiede in der Temperatur der Außenhaut der Pfanne und kann damit direkt den schlechten Zustand einzelner Steine der Ausmauerung erkennen.

[0016] Durch eine mitlaufende Aufzeichnung besteht die Möglichkeit, im Nachhinein Einzelbilder von Schadensereignissen aus dem Digitalfilm als Referenzbilder abzuspeichern.

[0017] Mit Hilfe der Referenzbilder die ihm eingeblendet werden, hat der Gießer nun die Möglichkeit, "Gutbefund" und "Gefahr" voneinander zu unterscheiden und somit die Pfanne im Gefahrfall aus dem Produktionsprozess auszuschleusen und in Sicherheit zu bringen.

[0018] Erst wenn die Prüfeinrichtung den Winkel von 360° "abgetastet" hat, die Ausmauerung der Pfanne vom Gießer als "i. O." befunden wurde und ein hierfür vorgesehener Zustimmungstaster vom Gießer gedrückt wurde, kann die Drehbewegung des Pfannendrehturms eingeleitet werden. Lediglich eine Notfahrt des Pfannendrehturms würde diesen Ablauf unterbrechen dürfen.

Der automatische Einsatz der Prüfeinrichtung wird wie folgt vorgenommen:

[0019] Sobald eine Pfanne in den Pfannendrehturm eingesetzt wurde, startet der Bediener den Prüfvorgang und die Prüfeinrichtung startet mit dem Rundlauf. Der Mantel der Pfanne wird nun optisch abgetastet und die Bilder ausgewertet.

[0020] Ein Computerprogramm vergleicht die Referenzbilder des Pfannenmantels mit den soeben durchgeführten Aufnahmen und erkennt die Unterschiede:

• Im Falle eines unzulässigen Unterschiedes gibt die Steuerung der Anlage eine Warnung aus; ein Drehen des Pfannenturms und damit die Weiterverarbeitung werden zwangsweise verhindert.
• Die Pfanne muss aus dem Produktionsprozess ausgeschleust und in Sicherheit gebracht werden.

[0021] Erst wenn die Prüfeinrichtung den Winkel von 360° "abgetastet" hat, die Ausmauerung der Pfanne vom Programm als "i. O." befunden wurde, kann die Drehbewegung des Pfannendrehturms eingeleitet werden. Lediglich eine Notfahrt des Drehturms würde die Prozedur unterbrechen dürfen.

[0022] Die Pfannenerkennung kann separat oder zusammen mit dem optischen und/oder thermischen Abtasten der äußeren Oberfläche der Pfanne erfolgen. Zur Erkennung werden die Pfannen mit robusten, stahlwerksgerechten Markierungen am Umfang versehen. Die Prüfeinrichtung ist derart ausgelegt, dass sie diese Markierungen ebenfalls erkennen und damit die Pfanne identifizieren kann.

[0023] Durch die Datenpflege des Personals wird festgehalten, wann eine Pfanne mit einer neuen Ausmauerung versehen wurde.

[0024] Die Pfannenerkennung der Prüfeinrichtung registriert die Anzahl von Gießvorgängen (ggf. chargenabhängig) und vergleicht diese mit einem Sollwert, der von der Pfannenwirtschaft vorgegeben wurde.

[0025] Bei Erreichen der maximal zulässigen Anzahl von Gießvorgängen wird bei den letzten 5 zulässigen Gießvorgängen ein Hinweis und bei den letzten 2 zulässigen Gießvorgängen stattdessen eine Warnung ausgegeben.

[0026] Bei einer Überschreitung der zulässigen Anzahl von Gießvorgängen wird die Pfanne nicht mehr zum Gießvorgang freigegeben.

Ansprüche

1. Verfahren zum optischen und/oder thermischen Abtasten der Oberfläche einer Pfanne für flüssiges Metall, insbesondere für Stahlschmelze, unter Verwendung einer Prüfeinrichtung zur Feststellung des Zustandes der Ausmauerung zwecks rechtzeitiger Erkennung von stellenweisen kritischen Veränderungen,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein thermographisches bzw. ein visuelles Bild der Abtaststelle erzeugt wird und dieses in jeweils eine Sequenz hellerer oder dunklerer Grautöne aufgelöst und mit einer Referenz-Sequenz von Grautönen mit vorgebbar abgestufter Helligkeit verglichen, und bei Koinzidenz zweier Grautöne innerhalb eines kritischen Bereichs das Handling der Pfanne unterbrochen und/oder ein Hilfsprogramm eingeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Intensität der Wärmestrahlung an einer Abtaststelle auf elektronischem Wege in eine abgestufte Folge von visuellen Grautönen umgewandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfeinrichtung mit Hilfe einer Kamera und in Verbindung mit einer Software unter Erkennung relativ kleinster Abweichungen der Bildsequenz bzw. der Bildgrautöne, die für Fehler in der Ausmauerung typisch sind, eine Differenzierung zwischen Gutbefund und Schlechtbefund vornimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfeinrichtung die Pfannenoberfläche im Winkel von 360° abtastet, ehe das Differenzierungs-Signal die Bewegung der Pfanne freigibt oder stoppt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfeinrichtung Markierungen am Umfang jeder Pfanne zur Pfannenerkennung registriert und diese Daten mit Sollwerten von der Pfannenwirtschaft verglichen werden.

6. Prüfeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erkennung von kritischen Veränderungen der Ausmauerung einer Schmelzmetallpfanne, zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie Mittel zum Skannen der Pfannenoberfläche und zur Auflösung von damit erhaltenen thermographischen oder visuellen Bildern, insbesondere eine softwaregesteuerte Kamera besitzt.

7. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie Mittel zur abstufbaren Umwandlung der von der Kamera erzeugten Bilder in eine Sequenz von Grautönen besitzt.

8. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie eine Referenz-Skala von Grautönen zum Abgleich mit den von der Kamera erzeugten thermographischen oder visuellen Bildern sowie im Falle der Koinzidenz zweier Grautöne ein Hilfsprogramm zur Vermeidung von Maschinenschäden bzw. Verletzung an Personal besitzt.

9. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie Mittel zur Erfassung bzw. Erkennung von an der Pfannenoberfläche angeordneten Markierungen sowie Mittel zum Vergleich der von den Markierungen ausgehenden Werten mit Sollwerten umfasst.

10. Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie eine Logikeinheit zur Feststellung des Gutbefunds oder Schlechtbefunds von Pfannen umfasst.