Runde Sache

März 2014

 

Ein neuer hydraulischer Verteiler von Woodings schichtet tonnenweise Rohmaterial in einem Hochofen – schnell und millimetergenau.

 
 

Der grundsätzliche Aufbau von Eisen- und Kokshochöfen hat sich seit Jahrhunderten praktisch nicht geändert. Also suchen Stahlhersteller heute nach neuen Möglichkeiten, Ausstoß und Effizienz in der Produktion von flüssigem Eisen zu steigern. „Die Art und Weise, wie Eisenpellets und Koks bei der Beschickung eines Hochofens geschichtet werden, hat einen starken Einfluss auf den Schmelzvorgang“, sagt Al Colucci, Vice President Engineering von Woodings Industrial Corporation, Pennsylvania, USA. „Diese Schichten werden mit einem System erzeugt, das als hydraulischer Verteiler bezeichnet wird, wobei eine Rinne in der Gicht des Hochofens dazu dient, das Rohmaterial jeweils genau an der richtigen Stelle abzusetzen.“ Je akkurater diese Rinne gesteuert wird, desto präziser ist der Schichtenaufbau und desto effizienter arbeitet der Hochofe

Deshalb wollte einer der Schlüsselkunden von Woodings, ein großer chinesischer Eisen- und Stahlproduzent, bei seinen neuesten hydraulisch gesteuerten Verteilern eine präzise Rinnenbewegung sicherstellen. Bis dahin hatte der Kunde bei sechs Hochöfen hydraulische Verteiler eigener Konstruktion eingesetzt. Allerdings verwendeten diese Systeme einen herkömmlichen Hydraulikkreislauf mit offenem Regelkreis, der keine exakte Rinnenpositionierung erlaubte.

Der Endanwender wandte sich zur Verbesserung der Präzision und Leistung daher an Woodings. Für die Ingenieure war dies eine echte Herausforderung. Angesichts der Tatsache, dass laufend tonnenweise Eisenerzpellets und Koks die Rinne herabrutschen, war das gewünschte Maß an Präzision nicht leicht zu erreichen. Erschwerend kam hinzu, dass sich die gesamte Anlage in stetiger Rotation befindet, alle 7,5 Sekunden vollendet die Rinne eine Umdrehung – acht pro Minute. Das bedeutet für jeden der vier Hydraulikzylinder ständige Belastungsänderungen. Und nicht zuletzt macht die extreme Einsatzumgebung auf einem Hochofen die Aufgabe nicht einfacher.

Der hydraulisch betriebene, rotierende Verteiler schichtet das Rohmaterial äußerst präzise in den Hochofen. So entstehen im Jahr bis zu 16 Millionen Tonnen Eisen.

 

Bei der Lösung arbeitete Woodings mit Bosch Rexroth zusammen. „Was dieses Projekt einzigartig machte, war die strikte Anforderung an Präzision bei einer Anwendung mit sehr dynamischen Laständerungen“, sagt Charles Erdo, für Industrieanlagen zuständiger Ingenieur bei Bosch Rexroth in Bethlehem, Pennsylvania, USA. „Das Steuerungssystem muss schnell genug reagieren, um eine geringe Hubtoleranz zwischen den vier Hydraulikdifferenzialzylindern zu erhalten.“ Die Rexroth-Lösung besteht aus einem Zusammenspiel von Technologie, Engineering und Inbetriebnahme-Support: hochdynamische Stetigventile und Druckmessumformer mit Achsregelung im geschlossenen Regelkreis.

Um sicherzustellen, dass mit dem Hydrauliksystem von Rexroth die gewünschte Genauigkeit und Wiederholbarkeit erreicht würde, zog Erdo Simulationsteams von Bosch Rexroth in den USA und der Firmenzentrale in Lohr am Main hinzu. „Das kleine Zeitfenster von neun Monaten ließ den Bau eines Prototyps zum Konzeptnachweis für Woodings nicht zu“, berichtet Erdo. Glücklicherweise ermöglichte das firmeneigene Simulationstool MOSIHS (Modular Simulation of Hydraulic System) die Simulation eines virtuellen Modells mit dem gesamten hydraulischen System. Die Simulationen bestätigten die Konzeption des Hydraulikkreislaufs und die optimale Eignung der ausgewählten Rexroth-Komponenten.

Außerdem zeigte die MOSIHS-Simulation, dass ein spezielles Regelventil zur Durchflusskontrolle die Präzision der Steuerung erhöhen würde. Aufgrund dieser positiven Ergebnisse wurden drei endgültige Versionen des hydraulischen Verteilers von Woodings zusammengebaut und im Werk getestet, um zu bestätigen, dass sie im Betrieb alle gestellten Anforderungen erfüllen. Anschließend wurden sie wieder demontiert und nach China verschifft. „Ich kann gar nicht genug Positives sagen“, freut sich Colucci. „Als wir das System bei uns auf den Prüfstand stellten, funktionierte alles genau so, wie wir es wollten.“