Schlacke-Erkennung bei der Stahlherstellung

DIAS Infrared produziert in Dresden verschiedenste stationäre Wärmebildkameras PYROVIEW. Diese Geräte sind in der Lage Temperaturen optisch berührungslos zu messen. Das hat unter anderem bei sehr heißen und und bewegten Objekten Vorteile gegenüber berührenden Temperaturfühlern. Solche Bedingungen sind auch bei der Stahlerzeugung vorhanden.

💡“Für die genaue Temperaturermittlung von Flüssigstahl muss der Emissionsgrad der Oberfläche hinreichend bekannt sein. Dieser ist wiederum stark von der Wellenläge abhängig und im langwelligen Bereich (LWIR 8 µm bis 14 µm) geringer als im kurzwelligen Bereich (NIR 0,8 µm bis 1,8 µm). Deshalb eignen sich kurzwellige Geräte zur Stahltemperaturmessung besonders. Unterschiedliche Emissionseigenschaften der Oberflächen sind gewöhnlich hinderlich, können aber auch von Vorteil sein – wie zum Beispiel bei der Schlackeerkennung!“

Dr. Christian Schiewe, Experte für Hochtemperaturanwendungen bei der DIAS Infrared GmbH

Das Problem:

Aus Konvertern oder Elektroöfen austretender Flüssigstahl muss mit steigenden Anforderungen an den Reinheitsgrad von Stählen auf Schlackeanteile überwacht werden. Dies gilt auch beim Umfüllen in Pfannen.

Die Lösung:

Eine Wärmebildkamera PYROVIEW detektiert Stahl- und Schlackeanteile im Bild. Das Wärmebildkamera-System hat dabei den Vorteil, dass keine Sensoren am oder im Konvertergefäß benötigt werden. Um das Mitfließen von Schlacke auf dem Flüssigstahl im Thermobild zu erkennen, wird der unterschiedliche Emissionsgrad von Schlacke und Stahl im langwelligen Bereich (LWIR 8 µm bis 14 µm) ausgenutzt. Stahl hat eine geringe Emissivität, während Schlacke ein hohes Emissionsvermögen aufweist. Somit erscheint die Schlacke im Bild wärmer als der Stahl, obwohl sie tatsächlich kälter ist. Für die Schlackeerkennung benötigen wir also eine LWIR-Wärmebildkamera PYROVIEW in einem entsprechenden Schutzgehäuse mit Luftspülung und Wasserkühlung der Optik, um Probleme durch Staub und heiße Umgebungsluft zu vermeiden. Die Daten der Kamera werden in Echtzeit (50 Hz) von einem Industrie-PC ausgewertet, auf dem die DIAS Software PYROSOFT Automation läuft. Diese Software kann im Netzwerk mit der Anlagen-SPS oder IBA verbunden werden. Somit können Alarmzustände einfach weiterverarbeitet oder mit dem Konverterkippwinkel und weiteren Stahlwerkssignalen verknüpft werden.

Anwendung der Software PYROSOT Automation:

Für die Bestimmung des mitfließenden Schlackeanteils genügen einige wenige Funktionen der PYROSOFT Automation Software, die kurz erläutert werden. Nachdem die Kamera positioniert und das Bild mittels des in der Optik integrierten Motors fokussiert wurde, muss zunächst der Bildbereich für die Auswertung definiert werden. Das wird als ROI (“Region Of Interest”) bezeichnet.

💡Übrigens: die Software erlaubt bis zu 1000 verschiedene ROIs – wir brauchen hier aber nur eines.

1. ROI Definition mit der Maus:

ROI - Definition
2. Wir ändern die Eigenschaften des ROI so, dass der Hintergrund ausgeblendet wird (untere Temperaturgrenze 1100 °C) und aktivieren die Histrogrammauswertung:

ROI - Eigenschaften - Histogrammauswertung

3. Wertberechnung definieren – VOI („Value of Interest“):

VOI
Wir nehmen hier die Histogrammfunktion und berechnen den relativen Anteil der Pixel, der höher als die eigentliche Flüssigstahltemperatur ist.

4.  Wir definieren einen Alarmwert, wenn zu viel Schlacke kommt (> 10 %).

Alarmwert für Schlacke
Dieser Alarmwert kann in der Software als Meldung angezeigt werden oder/und an die SPS gesendet oder/und auch eine Alarmdatenspeicherung auslösen. Hierbei werden alle Bilder mit zu viel Schlacke automatisch aufgezeichnet. Damit der Schmelzer einen Schlackemitlauf beim Abstich gut sehen kann wird zum Schluss noch ein geeigneter Farbkeil eingestellt.

Diese vier einfachen Schritte ergeben dann folgende Auswertung:

Pyrosoft Automation - Schlacke Alarm
Pyrosoft Automation - Schlacke Kein Alarm

PYROSOFT Automation verfügt über einen internen Server der die Bilder im Hüttennetz an andere Stationen weitergeben kann. Somit sind verschieden Beobachtungsstationen schnell realisierbar.
Weitere Funktionen wie Schlacke Voralarm, Statussignale (Kameratemperatur OK, System aktiv, Datenaufzeichnung aktiv, usw.) sind schnell konfigurierbar bzw. schon vorbereitet.
Weiterhin kann auch der gesamte Abstich in Echtzeit mitgespeichert und offline Bild für Bild ausgewertet werden.

Mehr Informationen

… gibt es in unserem Anwenderbericht „Erkennung von Schlacke mit PYROSOFT Automation„.