Synchrones Heben von Stahlwerkbehältern

Im Werk von Algoma Steel in Sault Ste. Marie, Kanada, speisen zwei riesige Sauerstoffkonverter mit einer Kapazität von 260 Tonnen ein Paar Tausend-Tonnen-Behälter. Die so genannten „Metallurgiestationen“ werden bei der Messung und Justierung des Inhalts der einzelnen Stahlchargen verwendet, bevor diese zu einer Stranggießanlage oder einer Walzenstraße gehen. Die Behälter drehen sich auf doppelten sphärischen Kugellagern und werden zum Schütten gekippt.

Die Zapfensysteme, die die Behälter tragen, erfahren enorme mechanische und thermische Belastungen. Diese Belastungen fordern mit der Zeit ihren Tribut und Algoma erkannte, dass acht riemenähnliche Träger (so genannte Lamellen) rund um die Zapfen nach und nach verschlissen.

Die Behälter mussten nur einen Bruchteil eines Zentimeters gehoben werden, um die Reparaturen an der Aufhängevorrichtung auszuführen, aber wie bei so vielen Dingen im Leben, war dies nicht so einfach, wie es klang.

„Die kompletten Behälterbaugruppen wiegen jeweils 1012 Tonnen“, sagte Steve Dew, Maschinenbauingenieur bei Algoma Steel. Deshalb kann man sie nicht einfach mit einer Schlinge aufnehmen und hochheben. Große hydraulische Heber könnten die Aufgabe erfüllen, aber es gab keine geeigneten Punkte zum Heben.

Vorbereitungen sind äußerst wichtig
Es wurde entschieden, jede Behälterbaugruppe mit einem Satz aus vier 400-Tonnen-Hebern zu heben. Deshalb machten sich die Mitarbeiter von Algoma daran, die notwendigen Hebehalterungen zu entwickeln, zu fertigen und anzubringen. Diese Halterungen mussten nicht nur kräftig sein, sondern auch sicher genug an den Behältern angebracht werden können, dass keine Gefahr bestand, dass sie sich während des Hebens lösten.

Das Anschweißen der Halterungen war wegen der Chrom-Molly-Zusammensetzung der massiven Behälterwände kompliziert. „Wir verwendeten Schweißen mit Stabelektrode mit speziellen Stäben und Verfahren sowie Wärmezwischen-, -vor- und -nachbehandlung zum Spannungsabbau. Die Schweißnähte wurden visuell inspiziert und mit Ultraschall geprüft“. sagte Steve Dew.

Digitale Steuerungen spielen eine wichtige Rolle
Der eigentliche Hebevorgang dauerte nur kurz, zum Teil deswegen, weil die vier 400-Tonnen-Heber computergesteuert wurden (synchrones Heben). Sorgfältige Überwachung der relativ kurzen Hebestrecke war sowohl aus Sicherheits- als auch aus mechanischen Gründen wichtig.

Das digitale hydraulische Steuerungssystem behielt die vertikale Positionsgenauigkeit innerhalb von 1 mm an jedem Hebepunkt bei. Jeder Heber hatte ein elektronisches Steuerventil und einen hochpräzisen Positionssensor. Die Positionssensoren, deren mechanischer Aufbau einem Maßband ähnelt, wickeln einen feinen Draht von einer Spule zu einem festen Bezugspunkt ab. Die Drehung der Spule wird mit hoher Winkelauflösung überwacht und das resultierende Signal geht zur digitalen Steuerung, die bei Bedarf Magnetventile an jedem Heber betätigt.

Man könnte meinen, dass Computergeräte mehr Komplexität zu einer Aufgabe hinzufügen. Jedoch ist beim Heben an mehreren Punkten häufig das Gegenteil der Fall. Die manuelle Bedienung der vier Heber, die für jeden Hebevorgang eingesetzt werden, würde eine intensive Koordination erfordern, und die Möglichkeit menschlicher Fehler stellt immer ein Problem dar. Zur zusätzlichen Sicherheit wurde jeder Heber mit einem manuell eingestellten Sicherheitsverschlussring ausgerüstet.

Die Hydraulikkraft wurde von einer kompakten elektrischen Pumpe mit 7,5 PS und 700 bar (10.000 psi) geliefert, die mit einem überdimensionierten (100 l) Behälter ausgestattet war. Die Pumpeneinheit umfasste ein Venturi-„Vaku-Ventil“ mit eigenem hydraulischen Kreislauf. Diese Anordnung ermöglichte die Verwendung einfach wirkender Heber und bot trotzdem „angetriebenes“ Herunterziehen der Heber.

„Wo Sie gerade dabei sind ...“
Servicearbeiten an den riesigen Behältern erforderten das Entfernen des Großrads mit einem Durchmesser von 3,25 m, die zum Kippen der Behälter zum Schütten verwendet wurden. Ohne das Großrad konnte sich aber der Behälter und der Zapfen frei drehen – was natürlich eine sehr unerwünschte Begleiterscheinung war. Deshalb mussten die Mitarbeiter von Algoma ein Paar große Stabilisatorarme zum Halten des Behälters fertigen und anschweißen.

„Wir entschieden uns, die Ziegel herauszuschlagen und die Behälter neu auszurichten, so dass das gesamte Hebegewicht leichter als ursprünglich gedacht war“, sagte Steve Dew, und fügte hinzu, dass das „gleichmäßige Heben“ trotzdem schwierig blieb. Das war zweifellos eine Aufgabe für ein digital gesteuertes synchrones Hebesystem.