INTEGRIERTE PROZESS- FÜHRUNG IM STAHLWERK Elektrik und Automation

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1 INTEGRIERTE PROZESS- FÜHRUNG IM STAHLWERK SMS SIEMAG ELEKTRIK und AUTOMATION Stahlwerke

2 SMS SIEMAG ELEKTRIK UND AUTOMATION für Stahlwerke 2 GANZHEITLICHE SYSTEMKOMPETENZ PARTNER FÜR EAF, LF, BOF, CONARC UND AOD ZUKUNFTSSICHERHEIT DURCH MODERNISIERUNGEN INHALT Moderne metallurgische Anlagen von SMS Siemag besitzen eine hohe Verfügbarkeit und erfüllen die stetig steigenden Qualitätsansprüche an die Endprodukte. SMS Siemag bietet alle Typen von Stahlwerken: Elektrostahlwerke mit ARCESS Elektrolichtbogenöfen oder CONARC Öfen, BOF Konverterstahlwerke, und Edelstahlwerke mit AOD Konverter. 2 Integrierte Prozessführung 4 Highlights 6 Voraussetzung dazu sind harmonisch aufeinander abgestimmte Systemkomponenten. SMS Siemag hat sich daher bereits vor Jahren entschieden, neben der Mechanik, den technologischen Regelungen und Prozessmodellen auch die gesamte Elektrik, Automatisierung und Antriebstechnik für die Anlagen anzubieten. Damit sind wir der "Generalunternehmer" für unsere Kunden, der das Engineering, den Bau und die Inbetriebnahme einer Anlage vollständig aus einer Hand liefert. Kurze Wege und direkte Absprachen aller beteiligten Bereiche schaffen die besten Voraussetzungen. SMS Siemag stellt den Kunden die umfassende Kompetenz zur Verfügung, um auf Basis zahlreicher Kriterien, die richtige Wahl des Stahlwerkstyps und der erforderlichen Prozessrouten festzulegen. Damit werden schon im Vorfeld maßgebliche Entscheidungen für eine hohe Wirtschaftlichkeit, Produktivität und den Umweltschutz des Stahlwerkes festgelegt. Sämtliche Aggregate sind harmonisch in ihren Schnittstellen aufeinander abgestimmt. Insbesondere der Automatisierungstechnik mit deren Technologiesystemen kommt eine besondere Bedeutung zu. Denn nur damit lässt sich in einem modernen Stahlwerk bei effizientem und somit ressourcenschonendem Rohstoff- und Energieeinsatz eine Vielzahl der hochqualitativen Stähle erzeugen. Das Ziel lautet: Mittels optimierter Prozessführung die gewünschte Stahlsorte mit exakter chemischer Analyse in der vorgegebenen Temperatur und dem erforderlichen Stahlgewicht herzustellen. Dazu stellt SMS Siemag die Lösungen bereit. Durch gezielte Modernisierungen lassen sich Produktivität, Flexibilität und Produktqualität effizient steigern. SMS Siemag bietet in diesem Zusammenhang die mechanischen, die automationstechnischen und elektrischen Komponenten sowie ein spezielles Umbau-Know-how an, das für minimierte Stillstandzeiten sorgt. Energieversorgung und Antriebssysteme 8 Level 1-Automation 10 Level 2-Automation 12 Level 3-ProduktionsplanungsSysteme 14 Sicherheitskonzept 16 Plug & Work-Test 18 Modernisierungskonzepte 20 Services 23 3

3 INTEGRIERTE PROZESSFÜHRUNG PROZESSROUTEN X-PACT Die automationstechnischen Systeme von SMS Siemag werden unter dem Namen X-Pact zusammengefasst. Dies gilt für alle Anlagentypen. Dabei legen wir besonderen Wert auf eine hohe Wirtschaftlichkeit sowie die Transparenz der regelungstechnischen Lösungen. Unsere Automation umfasst die Ebenen vom Level 0 bis zum Level 3. SKALIERBARE SYSTEMKONZEPTE Alle Systeme im Stahlwerk basieren auf Plattformen, die skalierbar aufgebaut sind. Durch die weitgehende Trennung in verschiedene Ebenen (Basis-Module, Technologie-Module, anlagenspezifische Module) muss nur dort angepasst und verändert werden, wo wirklich Bedarf ist. Kommen z.b. neue Technologien zum Einsatz, werden nur die Technologie-Module verändert. Durch diese Struktur werden sowohl die Reife und Lebensdauer der Technologiemodule verbessert als auch beim Austausch von IT oder bei gerätegetriebenen Änderungen die Stabilität der anlagenspezifischen Module garantiert. Drehherd Kokerei Rohmaterialvorbereitung Gleichstromofen (DC) Drehstromofen (AC) Elektrostahlwerksroute. Hochofen Rohmaterialvorbereitung Reduktionsofen Gleichstromofen DC-Twin- Kathode Pfannenofen LD-Konverter CONARC Vakuumanlage Vakuumanlage Elektrostahlwerksroute Schrottplatz-Management Roheisenführung Zuschlagswirtschaft Elektrolichtbogenofen oder CONARC Ofen Sekundärmetallurgische Behandlungen Umweltschutzanlagen Logistiksysteme Antriebssysteme Konverterstahlwerksroute Schrottplatz-Management Roheisenzuführung Zuschlagswirtschaft Konverter-Blasprozess mit Führung von Sauerstoffblas- und Sublanze Sekundärmetallurgische Behandlungen Umweltschutzanlagen Logistiksysteme Antriebssysteme UNSER PROZESS-KNOW-HOW CONARC Pfannenofen Dreh- und Angelpunkte in der Automatisierung von Stahlwerken sind die Prozessmodelle zur kostenoptimierten Berechnung der benötigten Energien, Einsatzstoffe und Legierungen. Nur durch die Modelle lässt sich das komplexe "Gesamtsystem Stahlwerk" mit seinen unterschiedlichsten Aggregaten effizient steuern. Es gilt, vom Rohstoff über die Schmelze und sekundärmetallurgische Behandlung bis hin zur Übergabe an die Gießmaschine, sämtliche Prozessdaten bereitzustellen, zu überprüfen, anzupassen und an die nachfolgenden Systeme zu kommunizieren Ausgehend von der herzustellenden Stahlsorte wird die gesamte Prozessroute automationstechnisch geplant, online geregelt und überwacht. Die Technologiesysteme von SMS Siemag interagieren dabei miteinander. Konverterstahlwerksroute. Elektroofen Edelstahlroute. AOD-Konverter Vakkumanlage (VOD) Pfannenofen Edelstahlroute Schrottplatz-Management Roheisenzuführung Zuschlagswirtschaft ARCESS-Lichtbogenofen AOD-Konverter Blasprozess Sekundärmetallurgische Behandlungen Umweltschutzanlagen Logistiksysteme Antriebssysteme 4 5

4 DIE HIGHLIGHTS BOF / AOD VENTILSTATION Wir liefern das komplette Engineering, die Automationstechnik und sämtliche mechanische Komponenten für die Ventilstationen der Inertgas- und Sauerstoff-Einführungs-Systeme aus einer Hand. Dadurch erhält der Kunde bei diesen komplexen Systemen hohe Funktionssicherheit. BUNKERANLAGEN-LOGISTIK Unser Logistikmodul für Bunkeranlagen beinhaltet die mathematische Beschreibung von Materialförderrouten. Für den Kunden entsteht somit kein weiterer Programmieraufwand zur flexiblen Beschickung des Stahlwerkes mit Zuschlagsstoffen. Gasregelstation für einen AOD Konverter. FEOS Integration. KONVERTERKIPPANTRIEBE SCHLACKENERKENNUNG IM BOF Die Antriebstechnik wird von uns auf die verschiedenen Lastbedingungen mit veränderlichen Drehmomenten angepasst. Das Resultat ist eine homogene Lastverteilung auf die Antriebe, die das spezifische Verhalten des flüssigen Stahlbads berücksichtigt und dynamisch kompensiert. Da auch die antriebstechnischen Kernelemente von uns stammen, ist die Regelungstechnik sehr eng und harmonisch auf das Kippverhalten abgestimmt. Konverterkippantrieb. Mittels Schallmessung führen wir ein Monitoring im Konvertergefäß durch, um davon die Entwicklung der Schaumschlacke abzuleiten. Das online ausgewertete Schallbild ermöglicht eine Trend-Erkennung der Schaumschlacke. Damit kann einem Überlaufen frühzeitig entgegengewirkt werden. SCHLACKENFÜHRUNG IM EAF Ein ähnliches Schallmessverfahren zum Monitoring der Schaumschlacke wird im EAF eingesetzt. Hier geht es allerdings darum, die Schlackenführung durch Energiezufuhr und Kohle-Einblasung gezielt zu beeinflussen und auf einem bestimmten Niveau zu halten. Die Schaumschlacke dient beim EAF-Prozess zur besseren Energieeinbringung in die Schmelze und zum Schutz der Feuerfest-Verkleidung des Ofens. FEOS FÜR DEN ELEKTROLICHTBOGENOFEN Das FEOS (Furnace Energy Optimization System) ist ein Baustein für die EAF-Automation, um die optimierte und simultane Energieeinbringung aller primären und sekundären Energieträger zu steuern. Im Vordergrund steht ein dem Prozess angepasstes, gleichmäßiges Einbringen von Energie. Das heisst, das Zusammenwirken von primärer elektrischer Energie mit den sekundären Energien durch Injektorsysteme für Sauerstoff und Kohle. Ziel ist es, die elektrische und fossile Energie möglichst effizient zu nutzen, um den Gesamtenergiebedarf zu senken und gleichzeitig eine hohe Produktivität zu erzielen. Der Schwerpunkt liegt auf einem regelbasierten Energieeintrag. Zur Prozessbeschreibung liegen die Messgrößen wie Temperatur und Schall zugrunde. Beispielsweise bietet FEOS an, weitere Energie einzubringen, wenn die wassergekühlte Ofenwand noch unter dem Temperaturgrenzwert liegt. Durch dieses Vorgehen lässt sich unter Einhaltung der chemischen Analyse des Stahls die Produktivität deutlich erhöhen. Die individuellen Prozesse werden dabei miteinander verknüpft und entsprechend abhängig voneinander geregelt. DRAHTLOSE MESSUNG AM EAF Eine unserer jüngsten Entwicklungen ist die drahtlose Übermittlung der Ofengefäß-Temperatur. Sie ersetzt die kosten- und wartungsintensiven Spezialkabel, die die Signale der Temperatursensoren in den wassergekühlten Panels übertragen. Mehrere Dutzend Messstellen werden durch unsere neue Technologie mittels Transmitter direkt und störungsfrei vom Sensor an ein Gateway übermittelt, das mit der Automation verbunden ist. 6 7

5 ENERGIEVERTEILUNG und ANTRIEBSSYSTEME NETZSTUDIEN GLEICHSTROMOFEN Die Netzeinspeisung und das Verteilsystem im Stahlwerk sind immer im Zusammenhang mit den öffentlichen Stromnetzen und der vorhandenen Infrastruktur zu betrachten. Es gilt dabei, die möglichen Interaktionen zu berücksichtigen. SMS Siemag führt aus diesem Grund in enger Abstimmung mit dem Kunden Netzstudien durch. Sie bilden die Basis für die sichere Versorgung des Werkes und die Grundlage zur Berechnung von Störeinflüssen auf das öffentliche Einspeisungsnetz. ENERGIEAUSLEGUNG Ein Stahlwerk arbeitet i.d.r. auf einem Level von 33/35 kv. Auf diesem Niveau kann ein kostenoptimiertes Verteilnetz für die verbrauchsintensiven Aggregate oder Anlagen konzipiert werden - beispielsweise ein EAF-Stahlwerk oder auch eine Warmbandstraße. Durch unser Prozess-Know-how ermitteln wir die effiziente und zugleich sichere Auslegung der Ausrüstung wie beispielsweise Transformatoren, Thyristoren, Umrichter, aber auch Kabel. Durch unsere Netzwerkstudien sind wir in der Lage, Aussagen zur richtigen Wahl der Stromversorgung des EAF - ob Wechsel- oder Gleichstrom - zu treffen bzw. die Kompensationsanlagen passend und wirtschaftlich zu dimensionieren. EAF MIT DREHSTROMBETRIEB Die modernen Drehstrom EAF-Öfen besitzen Transformatorleistungen von über 1,5 MVA/t. Die Hochimpedanzöfen verfügen über geringe Reaktanzen auf der Sekundärseite sowie eine Drosselspule auf der Primärseite des Ofentransformators. Der elektrische Hochstromteil vom Transformator bis zu den Elektroden ist für extrem hohe Spannungen ausgelegt. Gleichstrom-Lichtbogenöfen verursachen gegenüber Wechselstrom-Öfen geringere Netzstörungen und sind daher für den Anschluss an schwache elektrische Netze geeignet. Sie sind aber in ihrer Konzeption aufwendiger. Um unerwünschte Lichtbogenablenkungen zu vermeiden und eine einwandfreie Stromschienenführung zu erreichen, werden von SMS Siemag geeignete Rechnersimulationen durchgeführt. OFENSCHALTANLAGE DER NEUEN GENERATION Insbesondere bei den Schaltanlagen für Elektrolichtbogenöfen, bei denen Ströme über A an 36 kv geschaltet werden, haben wir in enger Zusammenarbeit mit unseren Lieferanten eine komfortable Lösung nach der neuesten IEC-Norm entwickelt: Jegliche Bedienung des Schalters ist ferngesteuert, bis hin zum Ein- und Ausfahren des Schalters. Beim Parallelbetrieb der Schalter ist dadurch der Tausch eines Schalters auch während des Betriebs der Anlage möglich, was zu einer deutlichen Verbesserung der Verfügbarkeit führt. Schalter für einen Elektrolichtbogenofen. ANTRIEBSSYSTEME Wir haben für das Stahlwerk Antriebsgruppen definiert, wodurch sich einheitliche und schlanke Schnittstellen realisieren lassen. KONVERTERKIPPANTRIEBE Das Kippen von Konvertern setzt ein sehr spezielles Grundwissen über das Lastverhalten von Flüssigkeiten voraus. Wir besitzen darin langjährige Erfahrung und entsprechend detailliert angepasst sind unsere Regelungen für die frequenzumrichtergeregelten Antriebe der Konverter-Kippantriebe mit Zwei- oder Viermotoren-Technik. Basis der Regelungen sind Lastmomentkurven, die berechnet werden und die den Kippantrieb dynamisch anpassen und so Überbelastungen oder Überschwappen vermeiden. Vereinfachtes Schema der Lastausgleichsregelung. Berechnung der Lastmomente. LANZENANTRIEBE Durch unsere Systeme stellen wir die hohe Positioniergenauigkeit im Zusammenspiel mit den frequenzumrichtergesteuerten Antrieben - sowohl für die Sauerstoffblaslanzen als auch für die Messlanzen sicher. Dabei wird die unterschiedliche Stahlbadhöhe, die sich z.b. durch den Verschleiß des Feuerfestmaterials ergibt, durch adaptive Messungen ermittelt und bei der Positionierung berücksichtigt. Der metallurgische Prozess kann so unter optimalen Bedingungen ablaufen. ANTRIEBSSYSTEME FÜR GRÖSSERE LEISTUNGEN Wir liefern auch die Gebläseantriebe für die Gasreinigungsanlagen. Sie können Frequenzumrichterge - steuert oder konventionell, über Sanftanlauf bzw. Direktstart ausgelegt werden. Unsere Konzeptionen berücksichtigen dabei die Kundenwünsche. 8 9

6 LEVEL 1-AUTOMATION SYSTEMWELT Die Systemwelt zur elektrischen und automationstechnischen Ausrüstung mit X-Pact ist skalierbar aufgebaut. Pro Aggregat im Stahlwerk kommt eine eigene Steuerung zum Einsatz. So ist sichergestellt, dass bei Wartung oder Störung an einem Aggregat bzw. Gewerk die anderen Systeme ungehindert weiterlaufen können. AUSFALLSICHERE RING-BUS-AUSFÜHRUNG Die Bedien- und Beobachtungssysteme der Aggregate im Stahlwerk sind als Ring-Bus ausgeführt und mit den untergelagerten Steuerungen verbunden. Dieses Konzept gewährleistet im Falle eines Kabelbruchs eine erhöhte Sicherheit, da der Datentransfer zwischen Bedien- und Beobachtungssystem und untergelagerter Steuerung nicht unterbrochen wird. Das Bus-System hat sich im Stahlwerksbereich allgemein etabliert. Zusätzlich führen wir in Abstimmung mit den Sicherheitsbedürfnissen des Kunden die freiprogrammierbaren Steuerungen redundant aus. Dazu gibt es je nach Sicherheitskonzept verschiedene Abstufungsformen. Generell ist das Automationssystem sowohl nach gesetzlichen Sicherheitsnormen als auch den darüber hinausgehenden Kundenanforderungen ausgelegt. Je nach Klassifizierung werden beispielsweise Sicherheitsrelais bis hin zu kompletten Sicherheits-Steuerungen eingesetzt. X-PACT LOGISTIK MODUL Das X-Pact Logistik-Modul unterstützt die flexible und schnelle Parametrierung von Bunkeranlagen und ermöglicht zeitoptimierte Befüllung und Abzug von Chargiermaterialien. Das X-Pact Logistik-Modul führt den logistischen Algorithmus zum Start und Stopp von Förderbändern und Abzugsorganen in komplexen Bunkersystemen aller Stahlerzeugungsaggregate wie BOF/AOD/EAF/ CONARC/LF. Das HMI-System unterstützt in der einfachen Parametrierung die Weg-Ziel Verfolgung. Vorteile des Logistik Moduls Das Modul erlaubt die vollständige Ausführung von Chargierrezepten (Materialart, Gewicht, Chargiersequenz und Chargierzeitpunkt) und selektiert den optimalen Chargierweg von verfügbaren Bunkern zum jeweiligen Aggregat. Zuschlagstoffrezepte werden dabei gestaffelt abgearbeitet, und gleichzeitig wird die Nachbefüllung der bereits entleerten Wägebunker und Zwischenbehälter vorgenommen. Der Bediener kann Rezepte als Gruppe von gleichzeitig zu chargierenden Materialen jederzeit ergänzen, löschen oder die Reihenfolge der Rezeptursequenz ändern. Das Modul kommt in allen Bunkeranlagensystemen der Prozessrouten zum Einsatz und erlaubt dem Bediener schnelle und flexible Reaktionen auf neue Prozessanforderungen. Logistik Modul. Automationskonfiguration mit ausfallsicherer Ring-Bus-Ausführung. TECHNOLOGISCHES REGELSYSTEM FEOS FEOS erfasst alle wesentlichen Prozesse im Lichtbogenofen, um sie mit einem übergeordneten Energie- Optimierungs-System ganzheitlich zu steuern. FEOS ist einfach und bedienerfreundlich aufgebaut und überzeugt durch klare Strukturen. Auf Basis der in Echtzeit gemessenen Eingangsgrößen (u.a. kontinuierliche Abgas-, Temperatur- und Schallmessung) werden die bestimmenden Stellsignale abhängig voneinander gesteuert. Das sind: Energie-Regelung Regelung der Injektoren Schaumschlacken-Regelung Reaktanz-Regelung Die Ergebnisse aus der Praxis überzeugen Hohe Schmelzleistung Keine Unterbrechung des Betriebs durch Abschaltungen im Temperaturgrenzbereich Schnelle Reaktionen bei gleichzeitiger Verminderung der Schalthäufigkeit Reproduzierbare und effiziente Einbringung der elektrischen Energy Kurze Tap-to-Tap-Zeiten HMI-SYSTEME Unsere HMI-Systeme sind die Verbindung zwischen Anlage und Betreiber. Sie bieten eine produktionsorientierte Darstellung des Prozesses mit allen materiallogistisch und prozesstechnisch relevanten Informationen. Die prozessorientierten Darstellungen erlauben zielgerichtete manuelle Eingriffe in die Ablaufsteuerung oder die Bedienung der angeschlossenen Aggregate. Die praxisbewährte Ausrichtung auf die Sicht des Bedieners wird durch intensive Zusammenarbeit unserer Mitarbeiter mit den Bedienmannschaften unserer Kunden erreicht. Dies wird wirksam unterstützt durch die Einbindung unserer Kunden in die Plug & Work-Tests

7 Interne Materialverfolgung LEVEL 2-AUTOMATION TECHNOLOGISCHE PROZESSMODELLE Die Prozessmodelle, die mathematisch bzw. thermodynamisch die metallurgischen Verfahren zur Stahlherstellung abbilden, sind die Intelligenz des Stahlwerkes. Wir haben diese Modelle durch umfassende Praxiserfahrungen stetig optimiert und an die neuesten technologischen Erkenntnisse angepasst. Für alle Aggregate im Stahlwerk gibt es entsprechende technologische Prozessmodelle. Auf der Basis des standardisierten Stahlkatalogs sind für jede zu produzierende Stahlsortengruppe Verfahrensvorschriften (Practices) und Fahrdiagramme vordefiniert. Diese werden vom Prozessmodell während der Schmelzenbehandlung entsprechend der nach Behandlungsende zu erreichenden Ziele wie Analyse, Temperatur und Stahlgewicht angepasst. Während des Prozesses erhält das Modell online alle Prozessdaten und führt unter Berücksichtigung von Kosten sowie von Energie- und Massebilanzen entsprechende Optimierungsrechnungen für den effizienten Einsatz von Energie und Material durch. Das Modell bestimmt z.b. das erforderliche Einsatzmaterial, die Legierungsmittel und die optimale Behandlungszeit. Reportsystem Koordination (Event-Handling) Prozess Model Shell Strategie HMI Datentransfer Prozessdaten Techno - logische Prozessmodelle Archivdatenbank Performance Auswertung Der Einsatz der SMS Siemag Prozessmodelle ermöglicht eine optimierte und reproduzierbare Prozessführung und führt so zu einer Reduzierung der Produktionskosten, einer Verbesserung der Produktqualität und einer höheren Produktivität. EAF Flexible Einsatzstoffrechnung für Schrott, Schlackenbildner, Legierungsmittel als auch HBI und DRI Dynamische Prozessführung für den effizienten Einsatz elektrischer und chemischer Energie BOF Flexible Einsatzstoffrechnung für Schrott, Roheisen, Schlackenbildner und Legierungsmittel Berechnung des Sauerstoffs zur Erreichung von Temperatur, Kohlenstoff und Analyse zum Blasende Dynamische Prozessüberwachung (Blas-Endpunktberechnung) basierend auf der Abgasanalyse Einfache Integration der Sublanzen Technologie, des Bodenspülens, der Abgasanalyse und der akustischen Prozessüberwachung AOD Flexible Einsatzstoffrechnung zur Optimierung von Schrott, Schlackenbildner, Legierungs - und Reduktionsmittel Dynamische Prozessführung während der einzelnen Prozessphasen (Hauptentkohlung, dynamische Entkohlung, Reduktion) Zyklische Berechnung des Prozessstatuses (Temperatur, Stahl- / Schlackengewicht, Chemische Analyse, Entkohlungsgeschwindigkeit, Oxidationsgeschwindigkeit, Metalloxidation) CONARC Kombination aus EAF und BOF Prozessmodell Flexible Einsatzstoffrechnung für Schrott, Roh - eisen, Schlackenbildner, Legierungsmittel sowie HBI / DRI Berechnung der benötigten Sauerstoffmenge bis zum Blas-Endpunkt Dynamische Prozessführung für Einsatz elektrischer und chemischer Energie in den Ofen LF Flexible Einsatzstoffrechnung für Legierung, Kühl - mittel, Deoxidation (Wire Feeder), Schlackenaufbau Prozessvorhersagerechnung und -führung für elektrisches Heizen und Spülen (Homogenisierung) unter Berücksichtigung der Behandlungsziele (Analyse, Temperatur, Behandlungszeit) OFFLINE-SIMULATIONSMODELLE Die Offline-Simulationsmodelle stehen den Metallurgen zur Verfügung, um anhand aufgezeichneter Prozessdaten die Schmelzgüten nachzufahren und neue Parameter unter Simulationsbedingungen zu testen und ggf. zu optimieren. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Verfahren zur Herstellung neuer Stahlsorten mit den Modellen im Vorfeld zu überprüfen. EINSATZSTOFFBERECHNUNG Mit unserer Einsatzstoffberechnung werden der optimierte Einsatz und die Anteile der Zusätze ermittelt. Dazu zählen u.a. Roheisen, Schrott, Cold DRI und Hot DRI. ZENTRALES DATENBANK-SYSTEM Alle Level-2-Systeme kommunizieren über ein zentrales Datenbank-System, in dem alle Informationen archiviert und mit fremden Automationssystemen über Standardschnittstellen ausgetauscht werden. Sämtliche Prozessdaten werden gespeichert und für Reporting oder Qualitätsnachweise aufbereitet. Die Parametersätze der Modelle, die Stahlgüten- und Materialspezifikationen sowie die Verfahrensvorschriften sind hier zentral abgelegt und können von den Technologen für das Prozesstuning komfortabel geändert werden. Die Vorteile: Ein zentrales System für das gesamte Stahlwerk Vereinfachte Wartung Komfortables Handling Zentrale Verwaltung und Archivierung aller Daten Lückenlose Historie Redundanzkonzepte zur Unterstützung der Daten sicherheit SCHMELZEN- UND PROZESSVERFOLGUNG Die Material-, Schmelzen- und Prozessverfolgung im Stahlwerk wird durch spezielle Softwaremodule realisiert, welche die Koordination und Synchronisierung der auszutauschenden Daten zwischen den einzelnen Aggregaten ermöglichen. Ausgehend von dem Schmelzenplan erhält jede Schmelze eine eindeutig identifizierbare Nummer, anhand derer sie im gesamten Prozess nachverfolgbar ist. So ist jederzeit feststellbar, wo sich welche Schmelze im Prozess befindet. REPORTING Alle Prozessdaten werden zur Qualitätssicherung protokolliert und können in Berichten und Auswertungen z.b. für Bediener oder Management bereitgestellt werden. Selbstverständlich sind auch Schnittstellen zu übergeordneten Systemen wie SAP möglich. WEB-SERVER Über den Web-Server hat das Management einen komfortablen Zugriff auf das Stahlwerks-Reporting. Abrufmöglichkeiten bestehen beispielsweise über herkömmliche Internetbrowser oder ein Smartphone. Webbasiertes Stahlwerksreporting

8 LEVEL 3 PRODUKTIONS- PLANUNGSSYSTEM Roheisen Entschwefelung Um eine große Vielfalt an Stahlsorten in bester Qualität und in kürzester Zeit zur Verfügung zu stellen, ist eine detaillierte Planung des Produktionsprozesses im Stahlwerk erforderlich. Zudem muss eine Verbindung mit den Produktionssystemen von Lieferanten und Kunden bestehen, um möglichst schnell auf Änderungen reagieren zu können. Die Entwicklung geht hin zum "Real Time Enterprise" (RTE), bei dem diese Änderungen in Echtzeit geprüft und berücksichtigt werden. Einheitliche und anlagenübergreifende Produktverfolgung Zusammenfassende Qualitätskontrolle bis zur endgültigen Qualitätsfreigabe Erhöhung der Liefertermintreue. BOF Konverter 1 Argon - spülstand 1 BOF Konverter 2 Argonspülstand 2 Pfannenofen 2 RH-Anlage Dem gegenüber stehen die technischen und technologischen Restriktionen der Anlagen, die bei der Programmplanung beachtet werden müssen. Diese Anforderungen erfüllen unsere umfassenden Produktionsplanungssysteme. Pfannenofen 1 Stranggießanlagen CCM 1 - CCM 3 Vom Kundenauftrag zum Fertigungsauftrag. Materialfluss in einem Konverter-Stahlwerk. FERTIGUNGSAUFTRÄGE DAS FABRIKMODELL QUALITÄTSVERFOLGUNG VORTEILE DURCH X-PACT LEVEL 3 X-Pact Level 3 stellt dem Anlagenbetreiber alle Werkzeuge zur Verfügung, die für die Planung und Kontrolle der Produktionsprozesse in metallurgischen Anlagen und Walzwerken erforderlich sind. Als Bindeglied zwischen der kaufmännischen Welt und den technischen Prozessautomationssystemen bietet das Level 3-Produktionsplanungssystem folgende Vorteile: Maximierung des Gesamtdurchsatzes für das Werk Planung und Minimierung von Lagerbeständen für Zwischenprodukte Kundenaufträge werden in technisch ausführbare Fertigungsaufträge umgesetzt. Auf Basis der Bestellspezifikation wird unter Verwendung eines umfang - reichen Regelwerks der Fertigungsauftrag für das Produkt erzeugt. Definition der Stahlsorten Definition der notwendigen Fertigungsschritte und der möglichen Anlagenalternativen Planung der Ausbringung für jeden Produktionsschritt zur Ermittlung der benötigten Mengen an Einsatzmaterial Definition der Probennahmen und Testvorschriften Ein einheitliches, alle Bereiche umfassendes Planungssystem basiert auf der Grundlage eines Fabrikmodells. Die Umsetzung des Fabrikmodells im Planungssystem erfolgt in Form einer elektronischen Plantafel. PRODUKTIONSPLANUNG Die Kapazitäts- und Terminplanung ermittelt für alle Fertigungsaufträge die terminliche Machbarkeit. Dabei werden alle Anlagen des Werkes sowie auch Anlagenalternativen berücksichtigt. Daraus folgt die Reihenfolgeplanung für die einzelnen Anlagen sowie die Einplanung des verfügbaren Einsatzmaterials für die einzelnen Fertigungsaufträge. Durch den Datenaustausch mit den verschiedenen Level 2-Systemen der Gesamtanlage ist das Level 3-System jederzeit über die einzelnen Produktionsschritte sowie die Produktqualität nach dem jeweiligen Schritt informiert. Die Einbindung von Inspektions- und Labordaten ergänzen das Ergebnis. Auf dieser Basis erfolgt dann die endgültige Qualitätsfreigabe der Endprodukte vor der Auslieferung

9 SICHERHEITSKONZEPT Die Sicherheit von Maschinen und Anlagen gewinnt weltweit immer mehr an Bedeutung. Gesetze und Normen fordern den Schutz von Mensch und Umwelt. Für einen sicheren Betrieb unserer Produkte ist eine koordinierte Vorgehensweise bei der Planung und Konstruktion der Maschinen und Anlagen unbedingte Voraussetzung. Gemeinsam erstellen Mechanik und Elektrik die wichtigsten Bestandteile des Sicherheitskonzepts: Das Gefahrenbereichslayout Die Risikobeurteilung Die elektro-mechanische Funktionsbeschreibung Sicherheit Das Not-Halt-Konzept Im Gefahrenbereichslayout erfolgt die Einteilung der Anlage in Gefahrenbereiche. Alle anlagenbezogenen Sicherheitseinrichtungen sowie die Grenzen der Anlage werden dargestellt. In der Risikobeurteilung werden die möglichen Gefahren in einer Anlage erfasst, beurteilt und erforderliche Maßnahmen beschrieben. Maschinensicherheit. Auszug aus einem Gefahrenbereichslayout. Für jede Anlage wird ein detailliertes Not-Halt-Konzept festgelegt. Gemeinsam mit unseren Kunden haben wir eine praxisgerechte Lösung erarbeitet, bei der die sicherheitsgerichteten Steuerungsfunktionen getrennt von den Maschinensteuerungen ausgeführt und die zahlreichen Gesetze und Vorschriften berücksichtigt werden. Durch diese Maßnahme vermindern sich der Test- und Dokumentations- sowie der Inbetriebnahmeaufwand. Bereits beim Plug & Work-Test werden die sicherheitsgerichteten Steuerungsfunktionen ausgiebig getestet. Überwachung eines Gefahrenbereichs. Trennung von Sicherheitsfunktionen und Steuerungsfunktionen

10 PLUG & WORK-TEST Plug & Work ist unsere Lösung, mit der nachweislich die Inbetriebnahmezeiten verkürzt werden und mit der die Bediener auf ihre späteren Aufgaben an der neuen Anlage optimal vorbereitet und geschult sind. Der Kern von Plug & Work sind Produktionssimulationen, die bis ins Detail der Wirklichkeit entsprechen. Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung in der Mechanik und Prozesstechnik wissen wir genau, wie sich Prozesse verhalten und durch welche Stellgrößen bestimmte Produkteigenschaften erzielt werden. Dieses komplexe Zusammenspiel wird in unserem Simulationssystem im Rahmen von Plug & Work abgebildet. Kundenschulung im Testfeld. MODUL- UND INTEGRATIONSTEST Plug & Work beginnt mit Modultests, wobei die einzelnen Hard- und Softwarekomponenten isolierten Funktionsüberprüfungen unterzogen werden. Anschließend folgen Integrationstests, bei denen das fehlerfreie Zusammenspiel der Module untersucht wird. Statt wie üblicherweise hier die Vortests abzuschließen und erst nach Errichtung und Fertigstellung der Anlage auf der Baustelle die Tests fortzuführen, gehen wir noch einen Schritt weiter. Aufbau eines Plug & Work-Tests. VIRTUELLE ANLAGE UND PROZESSSIMULATION Das komplette Automationssystem wird in einem unserer Testfelder installiert und mit einem Simulationssystem verbunden. Für das Simulationssystem werden die kundenspezifischen Konstruktionsmodelle der Anlage inklusive kinematischer und dynamischer Parameter des Anlagenverhaltens sowie der Sensoren aufbereitet. So entsteht ein rechnergestütztes Simulationsmodell, an dem die Fahrweise und Prozess - abläufe der Anlage getestet werden können. Für den Bediener ist es so, als arbeite er an der realen Anlage: Sämtliche Fahrweisen und Prozesse werden ihm in Echtzeit visualisiert. So stellen wir das Automationssystem bereits im Vorfeld auf fehlerfreie Abläufe und einwandfreie Bedienbarkeit ein. Original CAD Zeichnung der Mechanik. Test mit dem original Equipment. TRAINING In unseren Kundentrainings werden zunächst die theoretischen Grundlagen im Rahmen von "Classroom- Trainings" gelegt. Technologisch versierte Mitarbeiter geben ihr Know-how an den Kunden weiter. Für die in unseren Automationssystemen integrierten Messsysteme erfolgt eine zusätzliche Einweisung in die Bedienung und Wartung durch qualifiziertes Fachpersonal. Auf diesen Grundlagen aufbauend, setzt sich das Bedienertraining an der "virtuellen Anlage" im Rahmen von Plug & Work fort. Dies geschieht weit vor der Inbetriebnahme - noch während der Bauphase der Anlage vor Ort. Als letzte Stufe erfolgt das On-Site- Training auf der Baustelle. Das Kundenpersonal wird von uns in die Inbetriebnahme der Anlage mit eingebunden und unter Praxisbedingungen mit den Systemen und Prozessen vertraut gemacht. Kundenschulung im Testfeld

11 MODERNISIERUNGS- KONZEPTE Betreiber von hüttentechnischen Anlagen müssen ihre Produktionseinrichtungen beständig ergänzen, um ihre führende Position durch exzellente Produktqualität halten zu können. Solche Erweiterungen von Einrichtungen sind heutzutage nicht allein durch Einsatz neu entwickelter Mechanik zu erzielen, sondern müssen auch in die Automatisierung integriert werden, um die Verbesserung im Endprodukt auch tatsächlich zu erreichen. SMS Siemag bietet integrierte Modernisierungslösungen, welche die technologische Verbesserung der Produktion in allen Bereichen im Fokus haben. SMS Siemag hat ein produktionssicherndes Konzept für Umbau- bzw. Modernisierungsmaßnahmen entwickelt, das gegenüber herkömmlichen Vorgehensweisen den Anlagenbetreibern deutlich höhere Ausfallsicherheit, kürzere Inbetriebnahmen, steilere Hochlaufkurven und somit einen frühzeitigen Returnon-Investment sichert. GRÜNDE FÜR MODERNISIERUNGSPROJEKTE Verbesserung der Produkteigenschaften Steigerung der Produktion / Produktivität Reduzierung der Produktionskosten Erhöhung der Verfügbarkeit Ablösung von Altsystemen Die Modernisierungskonzepte von SMS Siemag berücksichtigen bei der Umsetzung alle Aspekte moderner hüttentechnischer Automatisierungs - systeme: Integration neuer Prozesstechnologien Reproduzierbare Prozessabläufe Verbesserte Ergonomie und Sicherheitstechnik Austausch obsoleter Systeme Qualitätsnachweis der Produkteigenschaften mittels technologischer Größen im gesamten Prozess HERAUSFORDERUNG AN DEN AUTOMATIONSLIEFERANTEN Die existierende Automatisierung ist oft nicht im geforderten Maß erweiterbar. Gründe hierfür sind beispielsweise nicht mehr vorhandene Software- Spezialisten, das Erreichen von Systemgrenzen und keine verfügbaren Erweiterungsbaugruppen. Es gilt eine wirtschaftliche Lösung für eine Ergänzung der Automation oder den teilweisen Ersatz zu finden. Zur Integration müssen Systemschnittstellen bedient werden, die aus mehreren Automationsgenerationen stammen können. Darüber hinaus muss ein herausragendes Verständnis für Funktion und Technologie vorhanden sein, um bestehende, gewachsene Automationsfunktionen zu analysieren. Durch die lang - jährige Erfahrung unserer Mitarbeiter und unsere Konzentration auf die Anlagen der Hütten- und Walzwerkstechnik, sind wir für diese Herausforderungen bestens vorbereitet. VORGEHENSWEISE Die wesentlichen Schritte bei einer Modernisierung sind: Bestandsaufnahme, Planung der Umbauphasen, Anlagentest, Wiederinbetriebnahme und Optimierung. BESTANDSAUFNAHME Ein erster Projektschritt für eine erfolgreiche Modernisierung ist eine detaillierte Bestandsaufnahme des automatisierungstechnischen Ist-Zustandes. Hier wird die installierte Sensorik erfasst und auf ihre Wiederverwendbarkeit überprüft. Dabei wird auch geklärt, wie neue Sensorik und Messtechnik installiert werden können. Von besonderer Bedeutung ist hier, dass die Ist-Aufnahme die gesamte relevante Ausrüstung der und den kompletten technologischen Prozessablauf betrachtet. Bestandsaufnahme. Der zweite wesentliche Aspekt ist die Untersuchung und Festlegung von Schnittstellen zu Automatisierungssystemen und IT-Infrastrukturen, die bestehen bleiben sollen. Die Ergebnisse der Ist-Aufnahme münden im Wesentlichen in einer Motoren- und Komponentenliste, einer technologischen Prozess - beschreibung sowie in einer Dokumentation der Schnittstellen für jede Umbauphase. PLANUNG DER UMBAUPHASEN Mit dem Kunden werden die Phasen für die großen Umbauschritte Mechanik, Medien und Elektrik geplant. Die Planung der Umbauphasen wird vor den einzelnen Umbauschritten detailliert. Durch eine hohe Parallelisierung der notwendigen Arbeitsvorgänge vor, während und nach den Produktionsstillständen wird eine möglichst kurze Stillstandszeit erreicht. Anhand vorher definierter Meilensteine wird der Ablauf eines jeden Stillstands durch kompetent und vernetzt handelnde Bauleiter verfolgt und gegebenenfalls umgeplant. WIEDERINBETRIEBNAHME Durch die vorgenannten Maßnahmen werden viele Risiken eines Umbaus reduziert. Aufgrund der langjährigen Erfahrung in der Inbetriebnahme hüttentechnischer Anlagen gelingt es uns, während des Umbaustillstandes in kürzester Zeit die Betriebsbereitschaft der Anlage herzustellen. Das Wiederanfahren einer Anlage nach einem Umbau stellt den Höhepunkt des Projektes dar. Dazu wird im Vorfeld eine sorgfältige Produktionsplanung der Materialqualitäten und Abmessungen mit dem Kunden vorgenommen. Mit Hilfe der während des Mithörbetriebes aufgenommenen Daten sind unsere Prozessmodelle bereits voroptimiert, so dass einem sofortigen Produktionsstart mit verkaufbarer Produktqualität nichts im Wege steht. Weiterhin erhält der Kunde von uns Unterstützung, angefangen von einer kontinuierlichen Begleitung beim Hochfahren bis hin zur Technologieunterstütz - ung aus unseren Entwicklungsbereichen. In einigen Fällen erkennen beide Seiten auch Potenzial für gemeinsame Weiterentwicklungen, die im Rahmen von Kooperationsverträgen erarbeitet werden. Zahlreiche erfolgreich durchgeführte Projekte bestätigen die Wirksamkeit unserer Modernisierungskonzepte. TYPISCHE MODERNISIERUNGSPROJEKTE AOD oder BOF Gasregelstationen Zur Verbesserung der Prozessführung und Erhöhung der Verfügbarkeit einer Anlage ist es notwendig, die Prozessgasregelung und -verteilung auf den aktuellen Stand der Technik zu bringen und mit der neuesten 20 21

12 SERVICES INBETRIEBNAHME Bereits während des Plug & Work-Tests sind unsere erfahrenen Inbetriebnehmer im Testfeld präsent. Sie bereiten sich auf die sukzessive Übernahme der Verantwortung vor. Mit der Prüfung des vollständigen Liefer- und Funktionsumfangs übernehmen sie zum Abschluss des Plug & Work-Tests die nun inbetriebnahmereife Automation für die Anlage. Gasregelstation für einen 300t BOF-Konverter. Gasregelstation für einen 100t AOD-Konverter. Die Inbetriebnahme vor Ort gliedert sich im Wesentlichen in die folgenden Abschnitte: Kaltinbetriebnahme Warminbetriebnahme Optimierung der Systeme während der Produktion Leistungstests AFTER SALES SERVICE Mess- und Regeltechnik auszurüsten. Wird bei Altsystemen in der Regel der Durchfluss mehrerer Spüler / Düsen mit einem Ventil geregelt, so wird bei modernen Gasregelstationen der Durchfluss für jede Düse separat geregelt. Durch dieses Verfahren wird die Gaszufuhr pro Spüler / Düsen präziser und trägt zur Reduzierung des Feuerfestverschleißes bei. Dies trifft im Besonderen bei AOD Gasregelstationen zu. Hier erfolgt in den meisten Fällen die Umrüstung der Schutzgasseite auf Eindüsenregelung. Um den Regelbereich auf der Prozessgasseite auszuweiten (Erweiterung der möglichen Mischgas-Verhältnisse), erfolgt hier eine Aufteilung in separate Regelkreise für große und kleine Durchflüsse. Die Gasregelstationen werden in einem kompakten und wartungsfreundlichen Design oder auch als Container-Variante (BOF-Bodenspülen) geliefert. Modernisierung von Konverter-Kippantrieben Durch die Modernisierung der elektrotechnischen Ausrüstung für Konverter-Kippantriebe werden Instandhaltungskosten reduziert und die Anlagenverfügbarkeit gesteigert. Außerdem können die Bediener auf wechselnde Anforderungen präziser reagieren. Zum Lieferumfang gehören im Regelfall die Umrüstung der Antriebsregelung und -steuerung zur Synchronisation der Drehzahlen und Drehmomente mit modernen Stromrichtern und mit neuer frei programmierbarer Steuerung. Das erweiterte High-End-Prozessleitsystem mit nutzerfreundlicher Visualisierung der Konverterkippantriebe löst dabei die konventionellen Steuerpulte ab und schafft verbesserte Übersicht und schnellere Diagnostik. Kaltinbetriebnahme Zur Kaltinbetriebnahme zählen alle Aktivitäten, die erforderlich sind, um die erste Schmelze zu erzeugen. Die Kaltinbetriebnahme endet mit der ersten Schmelze. Warminbetriebnahme Bei der Warminbetriebnahme werden alle mechanischen und elektrischen Funktionen unter Last getestet, um die Funktionsweise der Steuerungen und Regelungen zu überprüfen. Optimierung der Systeme während der Produktion Während dieser Phase werden die Parameter aller Systeme so eingestellt, dass die geforderten Leistungsdaten erreicht werden. Leistungstests Gemeinsam mit dem Kunden werden die im Vertrag spezifizierten Leistungsdaten der Anlage anhand eines Testprogramms vorgefahren. Im Rahmen des After Sales Services stehen wir unseren Kunden auch weiterhin mit unserem Fachwissen zur Verfügung. Speziell für die X-Pact - von Anlagen bietet SMS Siemag mit dem Service-Portal SP/1 eine besondere Möglichkeit zur schnellen Störungsbeseitigung. Schon während der Inbetriebnahme richten wir zur optimalen Anlagenbetreuung ein Service-Portal ein, das eine stabile, geschützte Kommunikation zwischen zwei Netzwerken ermöglicht. Über dieses Portal greifen die Experten von SMS Siemag auf das Automationssystem der Anlage zu und unterstützen die Kunden ohne Zeitverzögerung mit Ferndiagnosen und Fernwartung weltweit und von Anfang an. VORTEILE DES SERVICE PORTALS Rund 70 Prozent der Störungen lassen sich sofort beheben. Alternativ erfolgt eine Eingrenzung der Störung. Beispielsweise können fehlerhafte Bauteile online ermittelt werden, eventuell deaktiviert und dann vor Ort durch den Servicetechniker ausgetauscht werden

13 MEETING your EXPECTATIONS SMS SIEMAG AG Geschäftsbereich Wiesenstraße Hilchenbach Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) Ivo-Beucker-Straße Düsseldorf Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) Internet: A317/D 500/06/11. Ky. Printed in Germany Die in dieser Druckschrift enthaltenen Informationen beschreiben Leistungseigenschaften von Produkten im Allgemeinen. Die Leistungseigenschaften von gelieferten Produkten können von den in der Broschüre beschriebenen Eigenschaften abweichen. Insbesondere können sich diese Eigenschaften durch Weiterentwicklung von Produkten ändern. Die in dieser Druckschrift enthaltenen Informationen entfalten keine Rechtswirkung. Zur Lieferung von Produkten mit spezifischen Eigenschaften sind wir nur verpflichtet, wenn dies ausdrücklich vereinbart ist.