In der Stahlherstellung ist die Temperaturmessung für jede wichtige Entscheidung von zentraler Bedeutung. Vom Zeitpunkt der Anlieferung der Rohstoffe in den Koksofen bis zur abschließenden Beschichtung (Verzinkung) bestimmt die Temperaturkontrolle die Produktqualität, die Betriebseffizienz und die Sicherheit im Werk. Daher gewinnen berührungslose Infrarot-Pyrometer zunehmend an Bedeutung als bevorzugte Methode zur präzisen und sofortigen Erfassung von Temperaturdaten für Prozesse, die andere Temperaturmessmethoden beschädigen könnten.
Die Bedingungen bei der Stahlverarbeitung stellen aufgrund extrem hoher Temperaturen (über 2.500 °C), der extrem schnellen Materialbewegung, der raschen Oxidation der Stahloberfläche sowie der starken Staub- und Rauchentwicklung und der Beeinflussung durch elektrische Störungen eine Herausforderung für herkömmliche Messgeräte dar. Pyrometer ermöglichen die kontinuierliche Überwachung, ohne den laufenden Produktionsprozess zu beeinträchtigen.
Wie funktioniert die Pyrometer-Technologie?
Die Aufgabe eines Pyrometers besteht darin, die von heißen Materialien abgegebene Infrarotstrahlung zu messen und diese in einen Temperaturwert umzuwandeln. Ein Einfarbenpyrometer misst Strahlung bei einer bestimmten Wellenlänge. Daher ist es am effektivsten bei der Messung von Objekten mit stabiler Emissionsfähigkeit und freier optischer Sicht.
Verhältnis- oder Zweifarbenpyrometer erfassen die von einem Objekt emittierte Strahlung bei zwei Wellenlängen. Sie korrigieren zudem Änderungen des Emissionsgrades, Sichtbehinderungen durch Hindernisse sowie Änderungen des optischen Weges (z. B. durch Luft) zwischen Objekt und Pyrometer. Da sich der Emissionsgrad in Abhängigkeit von Temperatur und Oberflächenbeschaffenheit ständig ändert, eignet sich dieser Pyrometertyp besonders gut zur Überwachung von Schmelzprozessen.
Ein faseroptisches Pyrometer funktioniert anders als ein Zweifarben- oder Verhältnispyrometer. Bei faseroptischen Pyrometern ist der Messkopf über Glasfasern von der Verarbeitungselektronik getrennt. Dies schützt empfindliche elektronische Bauteile vor extremer Hitze und elektromagnetischen Störungen. Die Ansprechzeit faseroptischer Pyrometer variiert; einige weisen eine schnelle Ansprechzeit von etwa 2 Millisekunden auf und eignen sich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen, während andere Pyrometer mit Ansprechzeiten von mehreren hundert Millisekunden für die Datenerfassung zur stabilen Prozessüberwachung eingesetzt werden.
Stahlherstellungsprozess
Die Stahlproduktion ist ein komplexer Prozess, bei dem aus der Erde gewonnenes Eisenerz drei verschiedene Verfahren durchläuft – Raffination, Schmelzen und Weiterverarbeitung –, die schließlich zur Herstellung von Stahlprodukten führen. Zunächst wird in der Eisenerzeugung flüssiges Eisen aus dem Erz gewonnen. Im zweiten Schritt, der Stahlerzeugung, werden Verunreinigungen entfernt und die chemische Zusammensetzung kontrolliert. Schließlich entstehen durch Gießen und Walzen die fertigen Stahlprodukte, die unter anderem die Anforderungen an Größe, Festigkeit und mechanische Eigenschaften erfüllen.
Primäre Anwendungen in der Eisenherstellung
Karbonisierungskontrolle im Koksofen
Koksöfen wandeln metallurgische Kohle in Zyklen von 14 bis 18 Stunden bei 900–1100 °C in Koks um. Die Temperaturhomogenität beeinflusst die Koksqualität und den Energieverbrauch: Zu niedrige Temperaturen führen zu schwachem Koks mit hohem Anteil an flüchtigen Bestandteilen, zu hohe Temperaturen verursachen Brennstoffverschwendung und beschädigen die Feuerfestauskleidung. Die robuste Tempsens P450-Serie mit Kühlmantelkompatibilität deckt den Temperaturbereich von 600–3000 °C für eine vollständige Zykluskontrolle ab.
Temperaturprofilierung des Sinterprozesses
Sinteranlagen aggregieren Eisenerzfeinanteile bei Spitzentemperaturen von 1300–1400 °C. Die Temperaturverteilung bestimmt die Produktfestigkeit und den Energieverbrauch. Die Zweifarben-Lichtwellenleitermodelle Tempsen A450c/A450C+ FOPL und A450C FOPL bewältigen selbst extrem staubige Umgebungen dank Weitwinkel-Scannern, die große Bettflächen abtasten, während die Elektronik geschützt ferngesteuert ist.
Überwachung der Heißwindofenkuppel
Beim Betrieb von Regenerativöfen erreicht die Heißlufttemperatur in der staubigen Verbrennungsumgebung 1300–1400 °C. Die großflächige Überwachung des Brennraums verhindert die Beschädigung der Feuerfestauskleidung durch Überhitzung und gewährleistet gleichzeitig eine ausreichende Heißlufttemperatur. Die Pyrometer Tempsens A450C+ ermöglichen die berührungslose Temperaturmessung ohne Wasserkühlung und erfassen die räumliche Temperaturverteilung über große Flächen.
Abstichtemperatur des Hochofens
Geschmolzenes Eisen mit einer Temperatur von 1450–1550 °C fließt inmitten von Staub, Rauch und Flammen durch Abstichlöcher mit geringer Emissionsfähigkeit. Präzise Messungen optimieren die Abstichzeiten und die Schlackenabtrennung. Das Zweifarbenpyrometer Tempsens A450C+ durchdringt Störungen dank seiner kleinen Spotoptik und der Durchsicht durch die Linse und fokussiert präzise auf den Metallstrom.
Sekundärstahlerzeugung und -raffination
Temperatur der Gießpfanne im Sauerstoffofen
Das Absteppen von BOF-Pfannen erfordert eine schnelle Temperaturmessung bei 1600–1680 °C mit einer Genauigkeit von ±3 °C, um die Sauerstoffzufuhr und die Legierungszugabe zu steuern. Starker Staub und Flammen stellen Herausforderungen bei der Messung dar. Das Tempsens A450C+/A450C FOPL mit Software und Peak-Picker erfasst automatisch die Temperatur jeder Pfanne, filtert Störungen heraus und bietet Kühlmäntel sowie ein OLED-Display für die Konfiguration vor Ort.
Stranggießverfahren
Temperaturregelung für Gießrinne und Strang: Beim Stranggießen werden die Temperaturen im Verteilergefäß (1450–1550 °C), am Kokillenaustritt und in der Sekundärkühlzone (800–1000 °C) überwacht, um das Schalenwachstum effektiv zu kontrollieren und Ausbrüche zu minimieren. Das Tempsens A450C nutzt Zweifarben-Lichtwellenleitertechnologie, die Stabilität sowohl unter Dampf- als auch unter Zunderbedingungen gewährleistet. Keramikbeschichtete Sichtrohre in Kombination mit luftgekühlter Optik schützen diese vor Schäden durch elektromagnetische Störungen der Elektronik.
Warmwalzverfahren
Wiedererwärmungsofen- und Walztemperatur: In Wiedererwärmungsöfen werden die Knüppel für ein gleichmäßiges Walzen auf 1100–1250 °C erhitzt. Beim Walzen mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 m/s erschweren Zunderschichten die Messung. Die Tempsens A250/A250+ Serie nutzt einen Peak-Picker und eine Optik mit kleinem Messfleck, um den Zunder zu durchdringen. Die Datenerfassung im Millisekundenbereich und OLED-Displays ermöglichen die Korrelation von Walzwerksparametern in Echtzeit.
Thermomechanisches Behandlungsverfahren (TMT)
TMT-Stäbe benötigen präzise Temperaturgradienten zwischen Oberfläche und Kern – 900 °C Oberfläche, 1000–1050 °C Kern – vor dem Abschrecken, um martensitische Ränder zu entwickeln. Die Tempsens-Serien A250/A250+ und A450/A450+ bieten eine Genauigkeit von ±0,31 TP3T mit einer Ansprechzeit von 2 Millisekunden und verfügen über Laserzielvorrichtungen sowie analoge/digitale Ausgänge (4–20 mA, RS-485) für die Regelung des Abschreckprozesses.
Temperatur in Draht- und Stabwalzwerken
Draht und Stab bewegen sich mit 10–100 m/s und verlieren aufgrund des hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses schnell Wärme. Hohe Umgebungstemperaturen in der Nähe von Mühlenanlagen stellen eine Herausforderung für die Funktionsfähigkeit der Sensoren dar. Das faseroptische Pyrometer Tempsens A250 FOPL bietet eine Ansprechzeit von 2 Millisekunden mit Messfleckgrößen bis zu 1 mm, ermöglicht die Fernpositionierung der Elektronik und eliminiert gleichzeitig elektromagnetische Störungen.
Wärmebehandlung und Endbearbeitung
Temperaturregelung des Glühofens: Glühprozesse bei 650–850 °C erfordern eine Temperaturhomogenität von ±5 °C über die gesamte Spulen- oder Bandbreitenbreite, um eine gleichbleibende Korngröße und gleichbleibende mechanische Eigenschaften bei Batch-, kontinuierlichen, Normalisierungs- und Spannungsarmglühprozessen zu gewährleisten. Tempsens A250/A250+ ermöglicht präzise Messungen in oxidierenden Atmosphären mit Kühlmänteln und Quarzfenstern und erlaubt die Installation mehrerer Geräte zur Temperaturprofilierung über die gesamte Breite.
Verzinkungsanlagen
Für Tieftemperaturmessungen an nicht oxidierten Metalloberflächen sind Spezialinstrumente erforderlich. Das Tempsens A150 eignet sich für Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad und gewährleistet ein optimales Endergebnis, hohe Beschichtungsqualität und eine gesteigerte Liniengeschwindigkeit.
Warum Stahlwerke auf Tempsens-Pyrometer vertrauen
Tempsens-Pyrometer bieten branchenführende Vorteile:
- Hohe Genauigkeit im gesamten Temperaturbereich von 600°C bis 3000°C.
- Glasfasertechnologie für Bereiche mit hoher elektromagnetischer Interferenz.
- Schnelle Reaktionszeit bei der Stahlverarbeitung.
- Schmalbandiges Spektraldesign für Metalle.
- Überlebensfähigkeit bei hohen Temperaturen.
- Stabile Leistungsfähigkeit in staubigen, verrauchten und stark strahlenbelasteten Umgebungen.
- Nahtlose Integration mit Anlagensteuerungssystemen (4–20 mA, RS485, Modbus, Ethernet).
Strategische Vorteile für Stahlproduzenten
- Reduzierter Ausschuss und Nachbearbeitung
- Verbesserte mechanische Eigenschaften und metallurgische Konsistenz
- Optimierter Energieverbrauch in Öfen
- Verlängerte Lebensdauer von Feuerfestmaterialien und Ausrüstung
- Sicherere Handhabung bei hohen Temperaturen
- Erhöhter Durchsatz durch kontinuierliche Überwachung
- In der Stahlherstellung ist Temperaturkontrolle gleichbedeutend mit Qualitätskontrolle – und Tempsens ist für beides bestens geeignet.
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Andere fragen auch
Wozu dient ein Pyrometer?
Zur berührungslosen Messung hoher Temperaturen mittels Infrarotstrahlungsdetektion.
Was ist ein 3-Farben-Pyrometer?
Ein Infrarotpyrometer mit mehreren Wellenlängen, das Emissionsgradschwankungen ausgleicht und so extrem stabile Messungen an flüssigem Stahl ermöglicht.
