Effizienz erhöht

Retrofit - Unitechnik hat für Arcelor-Mittal in Eisenhüttenstadt die hydraulischen Verspannantriebe an einer Streck-Biege-Richtanlage durch elektrische Antriebe ersetzt. Der Stahlhersteller erhält so genauere und stabilere Streckgrade und profitiert von effizienteren Abläufen.

11. September 2019
Effizienz erhöht
Die Unitechnik hat für das Arcelor-Mittal die hydraulischen Verspannantriebe an einer Streck-Biege-Richtanlage durch elektrische Antriebe ersetzt. (Quelle: Unitechnik)

Mit einem Produktionsvolumen von rund sieben Millionen Tonnen Rohstahl zählt Arcelor-Mittal zu den größten Stahlherstellern Deutschlands. Um Kunden aus unterschiedlichsten Branchen, wie der Automobil-, Bau- und Verpackungsindustrie, zu beliefern, betreibt das Unternehmen deutschlandweit vier große Produktionsstandorte. Dazu gehört unter anderem das integrierte Flachstahlwerk in Eisenhüttenstadt. Die rund 2.500 Beschäftigten am Standort sind auf die Produktion qualitativ hochwertiger Flachstähle spezialisiert.

Ein wichtiger Teilbereich der Produktion im Kaltwalzwerk bildet die Streck-Biege-Richtanlage. Die Anlage richtet Bänder verschiedener Stahlmarken mit Banddicken von 0,4 bis 2,25 Millimetern und Bandbreiten von 600 bis 1.850 Millimetern. Bestehend aus vier Rollen, die über je ein Planetengetriebe von einem gemeinsamen Hauptantrieb angetrieben werden, ist die Einheit seit 1978 im Einsatz.

»Erzeugt wurde der Streckgrad über veraltete Regelkarten. Vom Hersteller werden dafür allerdings weder Ersatzteile noch Serviceleistungen angeboten«, so Mathias Wagner von Arcelor-Mittal. »Wir standen daher vor der Frage, ob wir langfristig eine neue Maschine anschaffen oder die bestehende modernisieren.«

Außerdem war die Verwendung von einem Messrad zur Geschwindigkeitsmessung störanfällig und führte zu Ausfällen der Anlage. Gemeinsam mit dem Automatisierungsspezialisten Unitechnik entwickelte das Unternehmen daher eine Lösung für das Retrofit, die minimale Stillstandszeiten garantiert.

»Die sinnvollste Vorgehensweise war aus unserer Sicht die Modernisierung der hydraulischen Antriebe hin zu einer elektrischen Variante. Im ersten Schritt haben wir daher die neuen Antriebe dimensioniert und die erforderliche Schaltanlage geplant«, erklärt Thomas Hoffmann, Leiter Vertrieb der Unitechnik Automatisierungs GmbH.

Software

Zur Auswahl und Optimierung der neuen elektrischen Antriebe erfolgte eine komplette Neuberechnung der notwendigen Drehzahlen und Drehmomente. Eine besondere Herausforderung stellte bei der Planung der Anlage die Adaption der mechanischen Eigenschaften der Planetengetriebe in das mathematische Modell zur Sollwertberechnung der Verspannantriebe dar.

»Dabei war unter anderem zu beachten, dass die übertragbaren Momente und die Momentenverteilung auf die einzelnen Rollen der Streck-Biege-Richtanlage korrekt ausgegeben werden«, erklärt Holger Becker, Antriebsspezialist bei Unitechnik.

Um den reibungslosen Ablauf zu gewährleisten, hat Unitechnik daher die Software für die Regelung der elektrischen Verspannantriebe vor der Inbetriebnahme implementiert und parallel zur laufenden Anlage getestet.

Die abschließende Montage und Inbetriebnahme der neuen Verspannantriebe erfolgte in einem fünftägigen Wartungsstillstand. »Im Rahmen der Inbetriebnahme haben wir dann zusätzlich noch eine Optimierung der Streckgradregelung vorgenommen«, so Becker.

Im Ergebnis beträgt die maximale Bandgeschwindigkeit im Betrieb mit dem Streckrichter 360 Meter pro Minute. Für das Recken des Bandes steht ein maximaler Bandzug von 250 Kilonewton zur Verfügung.

Verspannantriebe

Zur Regelung der Verspannantriebe kommen Sinamics-S120-Wechselrichtermodule mit einer Active-Line-Einspeiseeinheit zum Einsatz. Die Drehzahl-Istwerte werden über Impulsgeber erfasst. Zur Erkennung verschleißbedingter Vibrationen wurden zusätzlich Schwingungssensoren eingesetzt.

»Die Regelung haben wir komplett neu entworfen und in einer vorhandenen Simatic-S7-400-Steuerung implementiert«, so Becker. Die Drehzahlen der Verspannantriebe berechnen sich aus der Drehzahl des Hauptantriebes, den Getriebefaktoren der Planetengetriebe und dem geforderten Streckgrad.

Im Ergebnis profitiert Arcelor-Mittal von wartungsfreien Verspannantrieben. Die aufwendige hydraulische Regelung mit störanfälligen Servoventilen entfällt und die elektrischen Antriebe sind voll in die aktuelle Automatisierungstechnik integriert.

Die übertragbaren Drehmomente und die Verteilung der Drehmomente innerhalb der S-Rollensätze lassen sich unter Berücksichtigung der Ein- und Auslaufzüge berechnen. Reibungs- und Beschleunigungsverluste werden durch genaue Drehmomentenvorsteuerung kompensiert.

Schlupf zwischen Rollen und Band konnte so vollständig eliminiert werden. Mit den neuen elektrischen Antrieben und dem neuen Regelungsmodell ist der Streckgrad an der Anlage nun erheblich genauer und stabiler.

Erschienen in Ausgabe: 02/2019
Seite: 16 bis 17

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