Für einen optimalen Prozessablauf und die Prozesssteuerung ist es erforderlich, den Füllstand im Schwebeschmelzofen zu erfassen. Diese Aufgabe wurde bislang manuell von einem Mitarbeiter mit Hilfe einer Messlanze durchgeführt. Die Prozesstemperatur im Ofen liegt bei etwa 1.200°C, der Zugang zur Messung befand sich bisher auf der Arbeitsbühne oberhalb des Ofens. Die Entfernung von der Bodenöffnung der Arbeitsbühne bis zur Ofendecke betrug rund 1,80 Meter. Der Messbereich, den die manuelle Messung abdecken musste, lag dann noch einmal 2 Meter unterhalb dieser Bodenöffnung. Um aber auch den minimalen Füllstand im Ofen messen zu können, mussten weitere 2 Meter einberechnet werden, so dass die Messlanze insgesamt rund 6 Meter lang sein musste. Entsprechend schwierig gestaltete sich das manuelle Messverfahren. 
 

Kontinuierliche Messung zur Prozessverbesserung

Da die bisherige Messmethode also mit einem hohen Aufwand verbunden war, strebte Aurubis eine Modernisierung an mit dem Ziel, Ofenbetrieb und Prozesse zu optimieren. 
Die neue Lösung zur Füllstandsmessung sollte zum einen kontinuierliche Messwerte liefern, um den Zustand im Schwebeschmelzofen transparent zu machen. Dies bringt signifikante Vorteile in der Planung des weiteren Hüttenablaufes. Ebenfalls sollte die Reproduzierbarkeit der Messwerte erhöht werden, die bei der Messung mittels Lanze nur bedingt gegeben war. Zum anderen sollte aber auch die Zuverlässigkeit der Messung gesteigert sowie der Schutz der Mitarbeiter am Ofen optimiert werden.

Applikationslösung: Radar-Füllstandsmessgerät Micropilot FMR67

Als Lösung kommt bei Aurubis nun ein Radar-Füllstandsmessgerät mit einer Arbeitsfrequenz von 80 GHz zum Einsatz. Der Vorteil dieser Radarfrequenz liegt in der starken Fokussierung des Sendesignals von nur 3° Abstrahlwinkel. Bei der Installation auf dem Schwebeschmelzofen mit einem Ofendeckendurchgang von DN 200 und einer Durchgangslänge von 1,8 Meter sorgt dies für ein sauberes Messsignal ohne Störungen durch Signalreflektionen. 
Das Messgerät Micropilot FMR67 von Endress+Hauser mit Flansch- und Spülluftanschluss – letzterer kann bei anspruchsvollen Applikationen in Hochtemperaturumgebungen auch zur Kühlung des Messgeräts eingesetzt werden – wird auf dem ursprünglichen Zugang für die manuelle Füllstandmessung installiert.
Durch die ausreichend große Entfernung von mehr als 4 Meter bis zur Oberfläche der heißen, feuerflüssigen Masse ist in dieser Anwendung keine zusätzliche Kühlung des Radargerätes erforderlich, da die maximale Prozesstemperatur des Micropilot FMR67 ­­200 °C­­ beträgt. Um bei Wartungsarbeiten einen einfachen Zugang zum Gerät zu ermöglichen, wird außerdem eine abnehmbare Halterung für die Installation des Radargerätes angebracht.

Bereit für Industrie 4.0

Um die anspruchsvollen Applikationsbedingungen und die daraus entstehenden Wartungsintervalle zu optimieren, können die Radargeräte Micropilot FMR5x und FMR6x mit Heartbeat Technology ausgestattet werden. In den unterschiedlichen Verfahrensschritten lassen sich so beispielsweise Ansatzbildungen auf der Antenne des Radargeräts erkennen. Dies kann zu einer teilweisen Absorption oder zu einer vollständigen Absorption des Mikrowellensignals führen. 
Mit der zusätzlichen Heartbeat Monitoring-Funktion können unterschiedlichste Applikationsbedingungen überwacht (z.B. die erwähnte Ansatzbildung) und diese Prozessdaten dem Leitsystem über HART, 4-20 mA oder einen Schaltausgang zur Verfügung gestellt werden. Durch die Monitoring-Daten kann das Wartungs- und Instandhaltungspersonal schnell und zielgerichtet eingreifen, was für eine Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit sorgt. Zusätzlich kann die Messstelle mit Heartbeat Technology im eingebauten Zustand, ohne Prozessunterbrechung, verifiziert und dokumentiert werden. Diese Diagnoseinformationen können ebenfalls über einen Fernzugriff mit Bluetooth überprüft werden. Anwender können ihr Radar-Füllstandsmessgerät zudem zusätzlich mit einem Bluetooth-Modul ausstatten und es mit der SmartBlue-App von Endress+Hauser verbinden.

Fazit: Kontinuierliche statt manueller Erfassung

Die Füllstandsmessung am Schwebeschmelzofen bei Aurubis mit dem Radargerät Micropilot FMR67 zeigt nach einer problemlosen Standardinbetriebnahme über Bluetooth seit der Installation eine sehr hohe Zuverlässigkeit. Der bisherige manuelle Messprozess wurde durch eine kontinuierliche Füllstandsmessung abgelöst. Dies ermöglicht eine genauere Prozesssteuerung und erhöht die Arbeitssicherheit für die Mitarbeiter.

Autor
Carsten Schulz, Produktmanager Füllstandsmesstechnik