EN Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) Stahl- und Walzwerke.

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1 EN Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) Stahl- und Walzwerke

2 Gliederung Rückblick in das Jahr 2009 (8. Technischer Tag) Der Walzprozess Die EN Zusammenfassung Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 2

3 Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie IE 1? IE 3? IE 2? IE? Foto: Stahl-Zentrum Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 3/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

4 Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Sind für Energieeffiziente Antriebssysteme in jedem Fall Motoren nach neuen IE2 oder sogar IE3 Klassen notwendig? Welche elektrischen Antriebe werden für die technologischen Prozesse in der Stahlindustrie im Niederspannungsbereich benötigt? Wie unterscheiden sich die Lastverhältnisse zu Standardantrieben? Welche Motoren kommen konstruktiv zum Einsatz? Welche Energiesparmöglichkeiten gibt es? Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 4/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

5 Elektrische Antriebe in der Stahlindustrie ca Niederspannungsmotoren werden direkt für den technologischen Prozess wie Transport und Bearbeitung benötigt Gesamtanschlussleistung ca. 16 MW Achshöhen im Bereich von 132 bis 560 Dauerbetrieb Annahmen: Gesamtleistung: kw Ergebnis: ein Punkt Wirkungsgradverbesserung Energiekosten: 0,20 /kwh Energieeinsparung: 165 kw Laufzeit/Tag: 23 Stunden Laufzeit/Jahr: 336 Tage bei 4 Wochen Stillstand Kostenersparnis: /Jahr 759 /Tag Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 5/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

6 Wirkungsgrad in % Moment Unterschiedliche Lastfälle Typischer Lastfall Energiesparmotor (S1) Mehr oder weniger fester Betriebspunkt Verrichtung von Widerstandsarbeit, Arbeiten gegen Widerstandsmoment bei fester Drehzahl Optimierung der Gesamtverluste (Eisenund ohmsche Verluste) durch gezielte Maßnahmen (Blechschnitt, Geometrie, Materialaustausch) Drehzahl 60 Ziel: Betriebspunkt im Wirkungsgradmaximum Moment in % Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 6/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

7 Unterschiedliche Lastfälle Typische Lastfälle für Asynchronmotoren in der Stahlindustrie Reine Beschleunigungsarbeit (Rollgänge, Scheren) mit hoher Überlastfähigkeit (2,5 3fach) Widerstandsarbeit bei unterschiedlichen Drehzahlen (Besäumscheren, Treiber) mit hoher Überlastfähigkeit bei allen Drehzahlen Widerstandsarbeit bei konstanter Leistung über einem weiten Drehzahlbereich (Haspel) Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 7/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

8 Lastfall Kaltrollgang Theorie: Praxis: ebenes, gerades Material; Rollen gleiche Oberflächenbeschaffenheit, ausgerichtet gleichmäßige Lastverteilung auf allen Rollen kaltes Material, verzogen und ungleichmäßig; Rollen unterschiedlich abgenutzt starke Lastschwankungen auf den Rollen zusätzliche Hubarbeit ist notwendig Motor: zusätzliche Belastung Bramme: min. 1,5 x 0,8m max. 4,9 x 4,9m max. 25t 0 4,5 m/s Unterschiedliche Anzahl von Rollen tragen die gesamte Last Motor: Teillast Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 8/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

9 Lastfall Warmrollgang Transportrollgang Arbeitsrollgang Praxis: glühendes Material gleichmäßige Lastverteilung, hohe Reibung Bramme: min. 1,5 x 0,8m max. 4,9 x 4,9m max. 25t 0 4,5 m/s Motor: Lastmoment (gleichmäßiger Anteil Last je Rolle) und zusätzliches Reibmoment Motor: Beschleunigungs- und Bremsmoment nach dem Walzprozess tragen viele Rollen die gesamte Last Motor: Teillast Endprodukt: Länge max. 28m Breite max. 5m max. 25t Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 9/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

10 Moment Lastfall Rollgangmotore Motorlastmomente 300 Ständig wechselnde Belastung zwischen Minimum und Maximum 250 Maximum Hubmoment Beschleunigungsmoment Lastmoment (bei maximalem Einsatzgewicht) Lastmoment (Anteil Last je tragender Rolle) Leerlaufmoment mit Rolle Drehzahl Minimum Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 10/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

11 Wirkungsgrad in % Moment Lastfall Rollgangmotore Auswirkungen auf den Wirkungsgrad ,2 % 80,0 % 85,0 % Bemessungspunkt? Moment in % Drehzahl Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 11/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

12 Rollgangmotore Läuferverlustleistung (bei dynamischen Vorgängen): entwickelte Wärmemenge durch Drehzahldifferenz zwischen Drehfeld und Läufer und der kinetischen Energie des Systems 1,5 1, ,8 0,6 0,5 0,4 0, , ,5-1 -1,5 Reversierung entspricht 4 Anläufen Anlauf Gegenfeldbremsung entspricht 3 Anläufen Direkt geschaltet FU Betrieb Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 12/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

13 Moment Energiesparmöglichkeiten bei dynamischen Antrieben Direkt am Netz geschaltete Motoren austauschen Motoren mit steiler Kennlinie geregelt am FU einsetzen Drehzahl Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 13/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

14 Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Sind für Energieeffiziente Antriebe in jedem Fall Motoren nach neuen IE2 oder sogar IE3 Klassen notwendig? NEIN! Aktuell kommen bei neuen Anlagen frequenzgeregelte Gruppenantriebe im Rollgangsbereich zum Einsatz Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 14/26 Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

15 Gliederung Rückblick in das Jahr 2009 (8. TT) Der Walzprozess Die EN Zusammenfassung Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 15

16 Der Walzprozess Das Metall wird in sogenannten Stichen schrittweise durch Walzen verformt (Stichplan) Ziel: Erreichung der gewünschten Oberflächenqualität, Materialeigenschaften und Dicke in der kürzesten Zeit Energieoptimiert? Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 16

17 Der Walzprozess Der Stichplan enthält alle wichtigen Parameter zur Lenkung des Prozesses (im Prozess ermittelt) Die Stichplanberechnung erfolgt durch mathematische Modelle (Vorrausberechnung der Sollwerte für die Regelung und Adaption der Parameter) Lastspiel für alle Antriebe Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 17

18 Stichplan Ist der optimale Stichplan auch energieoptimiert? Quelle ABB Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 18

19 Gliederung Rückblick in das Jahr 2009 (8. TT) Der Walzprozess Die EN Zusammenfassung Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 19

20 Was beinhaltet die Norm EN Festlegung der Effizienzklassen von Motorsystem und Drive Controller Festlegung von 8 applikationsrelevanten Betriebspunkten Methoden zur Ermittlung (Messungen und Berechnung) der Verluste in den 8 Betriebspunkten eines kompletten Motorensystems und dessen Komponenten Messmethoden für Drive Controller Verluste des Referenzmotors, des Referenz-CDM und eines Referenz- PDSs in den festgelegten 8 Betriebspunkten. CDM Complete Drive Modul PDS Power Drive System Quelle ZVEI Ziel: Energiebedarf ihrer Anwendungen auf Basis der applikationsspezifischen Belastungsprofile zu bestimmen Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 20

21 Bedeutung für die Hersteller der Komponenten Die Hersteller können zur Ermittlung der zu erwartenden IES Klasse die fehlende Komponente des Systems durch die Referenzkomponente der Norm ersetzen (Ermittlungsmethode muss dokumentiert werden) Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 21

22 Was beinhaltet die Norm EN Varianten zur Ermittlung der Verluste eines Power-Drive- Systems und zur Festlegung der IES-Klasse Ohne verfügbagen Motor Die Norm legt dafür entsprechende Verluste eines Referenzmotors fest. Ohne verfügbaren Drive Controller Die Norm legt dafür entsprechende Verluste eines Referenz Complete Drive Moduls (CDM) fest Ohne verfügbaren Drive Controller und ohne Motor Die Norm legt dafür entsprechende Verluste eines Referenz-Power-Drive-Systems (PDS) fest Kennziffer: Verlustleistung, nicht der Wirkungsgrad Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 22

23 Bedeutung für die Anlagenbauer Ermittlung der Verluste Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 23

24 Bedeutung für die Anlagenbauer Annahme: Lastspiel aus dem Stichplan Gruppenantrieb mit 6 Rollen 3 Rollen tragen die Last 3 Rollen laufen leer 50% n nenn Motoren: Pv = 3 * P(50:25) + 3 * P(50:100) CDM: Pv ca. 0,6 * Pnenn P(50:50) Pv gesamt = Pv m + Pv CDM Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 24

25 Moment Grenzen der Norm am Beispiel von Rollgangs - Gruppenantriebe Beschleunigung max. Moment leer laufende Rolle und Last des Endproduktes Drehzahl Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 25

26 Gliederung Rückblick in das Jahr 2009 (8. TT) Der Walzprozess Die EN Zusammenfassung Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 26

27 Zusammenfassung Die EN Nutzt als Kennziffer die Verlustleistung Bildet die Basis für die Bewertung und Vergleichbarkeit von PDS Schafft die Möglichkeit unter Verwendung von Referenzkomponenten ein System zu bilden und zu klassifizieren Ermöglicht die Verlustermittlung von applikationsspezifischen Belastungsprofilen bis 100% nnenn und bis 100% Pnenn mit Hilfe von 8 Referenzpunkten Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 27

28 Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. Frank Steuer Stahl- und Walzwerke

29 Kontakt VEM Holding GmbH Pirnaer Landstraße 176 D Dresden Telefon: Telefax: VEM Vertrieb Fachbereich Niederspannung Telefon: Fachbereich Hochspannung Telefon: Fachbereich Antriebssysteme Telefon: