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15.06.2020

EFRE-Projekt erfolgreich abgeschlossen

Prozessdiagnose und integrierte Regelung von Stabstahl und Drahtwalzstraßen (PIREF)

Demonstrator zur Walzgutgeschwindigkeits- und Volumenstrommessung (im Hintergrund 2 Querschnittssensoren in Reihenschaltung in der Warmwalzstraße)

Zum Warmwalzen von Stabstahl und Draht wird das Vormaterial auf über 1000 °C erhitzt, bevor es in die vom Kunden gewünschte Form gebracht wird. Während des Walzprozesses wird der glühende Stahl zwischen profilierten Walzen umgeformt und fließt dabei sowohl in Längen- als auch in Breitenrichtung ab. Das Projekt PIREF (Prozessdiagnose und integrierte Regelung zur Effizienzsteigerung von Warmwalzstraßen für Stabstahl und Draht) hatte zum Ziel, durch erweiterte mathematische Umformmodelle sowie neue Mess- und Automatisierungstechnik die Möglichkeiten der Prozessdiagnose von Walzstraßen zu optimieren. Durchgeführt wurde das Projekt in den Jahren 2017 – 2020 von einem Forschungskonsortium mit Projektbeteiligten aus Wissenschaft und Anlagenbau, welches folgende Partner umfasste:

sowie assoziierten Anlagenbetreibern: u.a. ArcelorMittal Ruhrort GmbH (Duisburg) und DEW Deutsche Edelstahlwerke GmbH (Siegen). PIREF wurde aus Mitteln des europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014 -2020 gefördert.

Mit der integrierten Regelung sollte die Effizienz des Walzprozesses dahingehend gesteigert werden, dass die Maßhaltigkeit der Fertigabmessungen mit engeren Toleranzen bei gesicherter Prozessstabilität verbessert wird. Damit sind große Vorteile bei der Weiterverarbeitung der Produkte verbunden, die unter anderem das Vormaterial für sehr viele Anwendungen im Fahrzeugbereich (z. B. Stahldrähte in Reifenkarkassen sowie Bauteile in Lenk- und Antriebskomponenten) darstellen. 

Im Forschungskonsortium haben die Projektbeteiligten die folgenden Aufgaben erfolgreich bearbeitet und damit die Machbarkeit des gewählten Ansatzes bewiesen:

  • Das Institut für Mess- und Sensortechnik der Hochschule Ruhr West hat die Entwicklung neuer messtechnischer Methoden übernommen. Hierbei standen die Prozessparameter Walzgutgeschwindigkeit, Volumenstrom und Walzspalt im Fokus. 
  • Am Institut für Technologien der Metalle der Universität Duisburg-Essen wurden mathematische Umformmodelle entwickelt und experimentell überprüft.
  • Am Lehrstuhl für Regelungs- und Steuerungstechnik der Universität Siegen wurde, unter Verwendung der Ergebnisse der Universität Duisburg-Essen, ein dynamisches Modell des Walzprozesses eines kontinuierlichen Walzwerks erstellt.
  • Die EMG Automation GmbH hat gemeinsam mit der Hochschule Ruhr West auf Grundlage eines induktiven Sensors zur Querschnittsmessung die Basistechnologie für die Geschwindigkeitsmessung zum Prototyp weiterentwickelt, erprobt und das Design sowie die Herstellung des Sensors übernommen. Eine besondere Herausforderung lag bei der mechanischen Konstruktion im Schutz der Induktionsspulen vor mechanischen Beschädigungen durch Schlingen und Schläge des durchlaufenden Stabes sowie in der Hitzefestigkeit. EMG führte dazu umfangreiche Werkstofftests für eine spezielle Führung des Stabes oder Drahtes durch. Der nun eingesetzte keramische Werkstoff konnte seine Stabilität im täglichen Produktionseinsatz über mehrere Monate unter Beweis stellen. Die Abbildung zeigt zwei im Walzwerk als Versuchsanordnung hintereinander geschaltete Querschnittssensoren, die zur Geschwindigkeitsberechnung genutzt werden. Je nach Baugröße sind die Sensoren mit einer Luft- oder Wasserkühlung ausgerüstet.
  • Die SMS group GmbH hat vor dem Hintergrund ihrer Kompetenz im Anlagenbau und der Umsetzung von Regelstrategien zur Optimierung der Walzprozesse das Projekt PIREF aktiv begleitet.

Die Ergebnisse des PIREF-Projekts wurden u.a. auf dem IEEE-Workshop Mess- und Sensortechnik/Sensorik im Juni 2019 in Mülheim Ruhr vorgestellt. Darüber hinaus organisierte die Universität Siegen im Oktober 2019 ein Austauschtreffen zu dieser Thematik zwischen Wissenschaft und industriellen Anlagenbetreibern mit 45 internationalen Teilnehmern.

Forschung und Entwicklung bei EMG
Sie wollen mehr zu Forschung und Entwicklung bei EMG wissen? Sie haben eigene Anforderungen und Pläne für Projekte? Dann kontaktieren Sie gerne jederzeit gerne unser Innovationsteam unter:  marketing@emg-automation.com oder besuchen unsere Webseite im Bereich Forschung und Entwicklung.

Wir freuen uns auf neue Partnerschaften!

Video:
Übrigens: Wie wichtig moderne Prozesssteuerungslösungen auch für Stab- und Drahtwalzwerke sind, zeigt dieses beeindruckende Video eines „Hochgehers“ oder „Cobble“ in einer Walzstraße: https://youtu.be/596Ht96AEBE?t=17, welches Sie auch in unserer Playlist in unserem Youtube-Kanal finden: „Know-how related to EMG QA products“.

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