Modernisieren statt teuer ersetzen

Unitechnik hat für Arcelor Mittal die hydraulischen Antriebe an einer Streck-Biege-Richtanlage durch elektrische Antriebe ersetzt. Im Ergebnis erhält der Stahlhersteller genauere und stabilere Streckgrade.

25. Juni 2019
Modernisieren statt teuer ersetzen
Unitechnik hat für Arcelor Mittal die hydraulischen Verspannantriebe an einer Streck-Biege-Richtanlage durch elektrische Antriebe ersetzt. (Bild: Unitechnik)

Mit einem Produktionsvolumen von rund sieben Millionen Tonnen Rohstahl zählt Arcelor Mittal zu den größten Stahlherstellern Deutschlands. Um Kunden aus unterschiedlichsten Branchen zu beliefern, betreibt das Unternehmen deutschlandweit vier große Produktionsstandorte. Dazu gehört das integrierte Flachstahlwerk in Eisenhüttenstadt. Die rund 2.500 Beschäftigten am Standort sind auf die Produktion 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 mm bis 2,25 mm und Bandbreiten von 600 mm bis 1.850 mm. 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 ArcelorMittal. „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 regelt Verspannantriebe

Zur Auswahl und Optimierung der neuen elektrischen Antriebe wurde eine komplette Neuberechnung der notwendigen Drehzahlen und Drehmomente durchgeführt. 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 m/min. Für das Recken des Bandes steht ein maximaler Bandzug von 250 kN zur Verfügung.

Verspannantriebe neu geregelt

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 ArcelorMittal von wartungsfreien Verspannantrieben. Die aufwändige hydraulische Regelung mit störanfälligen Servoventilen entfällt und die elektrischen Antriebe sind voll in die aktuelle Automatisierungstechnik integriert.

Das Ergebnis überzeugt

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. Beschleunigungs- und Bremsphasen der Anlage führen nicht mehr zu Abweichungen im Streckgrad. „Überzeugt hat uns vor allem die strukturierte Vorgehensweise von Unitechnik“, so Mathias Wagner. „Wir hatten zuvor bereits bei einigen Modernisierungsprojekten erfolgreich zusammengearbeitet. Und das war sicher nicht die letzte Anlage, die wir gemeinsam auf den neuesten Stand gebracht haben.“

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