HERZOG Steel

Los fabricantes de acero más importantes de todo el mundo utilizan los sistemas de HERZOG para asegurar la calidad y controlar sus procesos de producción. Nuestras soluciones integradas garantizan la óptima preparación de muestras de acero, hierro y escoria para la espectrometría de emisión óptica (OES), la espectrometría de fluorescencia por rayos X («X-ray fluorescence», XRF) y el análisis por combustión.

Las soluciones de HERZOG Steel están hechas perfectamente a la medida de las necesidades de nuestros clientes. El transporte de las muestras, su manipulación y preparación están tan optimizados que se logra un máximo de calidad en un tiempo de procesamiento mínimo. Todas las máquinas, los software y las interfaces se pueden adaptar perfectamente a las necesidades de los clientes. HERZOG es el aliado perfecto para la implementación de soluciones integradas, a la medida personalizada del tipo de muestra, de la infraestructura local, al procedimiento y a los instrumentos que se utilizan para el análisis, así como al sistema de nivel 2.

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Configuraciones del sistema

en detallePreparación de muestras

Configuraciones del sistema

Laboratorios centrales

HERZOG Steel cumple todos los requisitos de un laboratorio central moderno. Garantiza tiempos de transporte y preparación breves. Cuenta con suficientes recursos de robots y procesamiento para poder asumir picos temporales en el número de muestras. HERZOG Steel se reserva siempre capacidades para poder procesar muestras de máxima prioridad. Garantiza seguridad en los procesos y reproductibilidad en todos los pasos de la preparación, facilitando así las condiciones óptimas para lograr precisión en el análisis. HERZOG Steel se basa en un potente software que se conecta fácilmente con componentes externos, permite ajustar sin problemas todos los parámetros y facilita una amplia vista general de la información relevante del sistema.

Una automatización típica de HERZOG Steel consta de tres secciones:

1. Recepción del sistema de tubos neumáticos:

En las acerías, la velocidad de la cápsula del sistema de tubos neumáticos alcanza normalmente un valor de 20 m/s y superiores. El trabajador de la acería elije el ID de las muestras adecuadas en el terminal de la estación del sistema de tubos neumáticos, mete la cápsula con la muestra de hierro, acero, escoria o pin e inicia el proceso. En el laboratorio, las cápsulas llegan  bien a la estación de recepción o a una estación de recepción especial con, p. ej., refrigerador para muestras calientes. De forma adicional, las muestras especiales o con prioridad se pueden introducir en el sistema a través de estaciones de introducción manual.

 

 

2. Preparación de la muestra:

El diseño de esta sección depende del tipo de muestra que se utiliza, del método de análisis y, por último, de la experiencia y tradición del laboratorio. La preparación de muestras metálicas puede incluir rectificado, fresado o troquelado. Para muestras redondas, ovales, lollipop, de doble espesor u otras muestras estándar, el cliente puede elegir entre varias máquinas de fresado y rectificado automáticas. Todas las fresadoras están dotadas de una unidad automática para colectar y transportar las virutas al instrumento de análisis por combustión.  Para muestras cilíndricas o cónicas se dispone de distintas máquinas especiales (HS-CF, HCP, HUST) que permiten la separación, el fresado y el troquelado. Para las piezas de troquelado de muestras cilíndricas y de doble espesor, también se dispone de un sistema de transporte neumático que va de la troqueladora al instrumento de análisis.
Las muestras de escoria se sacan de la cápsula bien en la estación de recepción o en una estación de desembalado especial. Después de la preparación de la muestra, la tableta comprimida se transporta al instrumento de XRF.

3. Análisis:

HERZOG es capaz de conectar los instrumentos de análisis de todos los fabricantes de instrumentos. Gracias a estándares establecidos, la disposición mecánica e informática de las interfaces a los instrumentos de análisis es rápida, fiable y flexible. Por medio de una evaluación visual de la superficie de la muestra se pueden determinar los puntos de chispa para la OES. HERZOG Steel Automation gestiona todo tipo de muestras de recalibrado y calidad y garantiza un uso eficiente de estos valiosos materiales. Siempre que sea necesario, las muestras se pueden archivar una vez hecho el análisis.

 

 

Ejemplos de AUTOMATIZACIÓNes TÍPICAs DE HERZOG

Contenedores laboratorios

HERZOG Steel Lab Container es la solución sin compromisos para la preparación de muestras en la industria del acero. El laboratorio compacto e independiente dispone de suficiente espacio en un contenedor estándar ISO (6058x2438x2438 mm) y, por lo tanto, se puede transportar fácilmente y colocar dentro del emplazamiento de producción. Debido al diseño compacto  de las fresadoras especiales de HERZOG, también hay disponibles contenedores más pequeños, por ejemplo de menor altura. Además, el operario se puede mover fácilmente dentro del contenedor y realizar trabajos de mantenimiento.

El concepto de automatización modular de HERZOG Steel Lab ofrece máxima flexibilidad y permite configurar  la planta de forma personalizada con distintos componentes. Entre ellos, instrumentos de análisis OES de todos los fabricantes líderes, un sistema óptico para la detección apto/no apto, optimización del punto de chispas de la superficie de la muestra, sistemas para marcar las muestras (impresora de etiquetas, térmica de cera o de agujas), terminales para introducir las muestras y depósitos para muestras de recalibración y producción. Un soporte amortiguador de las vibraciones, aire acondicionado, controlador de oxígeno, sistema de conexión de argón y limpiador de argón forman parte del equipamiento estándar del contenedor.

El control de los procesos, la integración de los instrumentos de análisis y otros componentes, así como la conexión al sistema guía del nivel 2 del cliente se efectúan a través del software PrepMaster. El equipamiento básico del software permite naturalmente la adaptación a indicaciones específicas del cliente, como p. ej. ident. de las muestras, configurabilidad de las interfaces a otros aparatos e instancias como acceso remoto y vía Internet. De manera opcional, existe el PrepMaster Analytics Module para representar y evaluar los resultados de los análisis y los procesos.

Máquinas autónomas

El principio de construcción modular de HERZOG prevé que la mayoría de las máquinas se puedan utilizar bien en una planta automática o como máquinas autónomas. Por este motivo resulta muy sencillo integrar más tarde las máquinas individuales en una planta automática. Independientemente de si busca una máquina manual, semiautomática o completamente automática, HERZOG siempre encontrará la solución perfecta para usted.

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Preparación de muestras

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Transporte a través del sistema de tubos neumáticos

Un sistema de tubos neumáticos permite enviar muestras metálicas y de escoria en cápsulas de la producción al laboratorio central. La técnica se basa en el transporte rápido accionado por aire. Normalmente se utiliza aire comprimido, que suele haber de sobra en las acerías.

Las velocidades de estos tubos suelen ser de hasta 20 m/s. En tramos especialmente configurados y con tubos especiales, se puede incluso superar esa velocidad. De manera estándar, se instalan tuberías para el transporte con un diámetro exterior de 80 mm e interior de 75 mm. Si el cliente así lo desea, también se pueden instalar sistemas de mayor diámetro.

Los sistemas de tubos neumáticos pueden constar de varias líneas con asignación «uno a uno» entre la fábrica y el laboratorio. De manera alternativa, en la red tubular se pueden instalar también agujas de desviación que permitan transportar la cápsula del tubo neumático de una estación de envío a distintas estaciones de recepción.

En función del material de la muestra, se utilizan diferentes cápsulas. Para muestras en polvo frías y otros materiales ligeros se utilizan cápsulas de plástico. Para muestras en polvo calientes y muestras de acero o hierro se necesitan cápsulas de aluminio. Para el transporte de muestras metálicas, a menudo se utiliza un inserto para que queden perfectamente encajadas en la cápsula. De este modo, por un lado se permite que la manipulación de la muestra en el equipo completamente automático sea segura y, por otro lado, se prolonga la vida útil de la cápsula.

En la fábrica, el operario selecciona el ID de la muestra en el terminal de la estación de envío, embala la muestra de hierro, acero, escoria, pin o lo que sea en la cápsula del tubo neumático e inicia el proceso de transporte. En el laboratorio, las muestras se desembalan en la estación de recepción o en estaciones especiales de desembalado o transferencia con, p. ej., refrigerador para muestras al rojo vivo. Después las cápsulas se vuelven a cerrar y se devuelven a la fábrica.

Este sistema de transporte se controla a través de una combinación entre el PLC, el sistema Scada (PrepMaster) y el sistema de nivel 2 del cliente. Gracias al control inteligente de este sistema, se logra un transporte de muestras al laboratorio más rápido y eficiente.

Tubo neumático neumático con interruptor

1. Estación de transmisión HR-HSK / B (fábrica)

2. Estación de recepción HR-HSK / L (lado del laboratorio)

3. Interruptor de 2 vías

4. Conjunto de conexión de tubería para estación de recepción de aire comprimido / laboratorio

5. Conexión de tubería establecida para la estación transmisora

6. Cable Profinet / Opcional: enlace óptico

7. Terminal PrepMaster (opcional)

 

Preparación de muestras de hierro y acero para el análisis OES y XRF

La espectrometría de emisión óptica así como el análisis por fluorescencia de rayos X son procesos muy utilizados para el análisis de metales y sólidos. Dichos análisis se emplean tanto en la industria metalúrgica (acerías, etc.), como en las fundiciones y la producción. Debido a los reducidos tiempos de análisis y a la gran exactitud de los resultados, la espectrometría de emisión óptica es el proceso preferido para el control de las aleaciones utilizadas. Se utiliza en la producción, ensayo de materiales y control de calidad de materias primas y productos manufacturados o semimanufacturados. En el análisis XRF, se estimula la emisión de una fluorescencia correspondiente a la composición química mediante la aplicación de rayos X. Dicha fluorescencia puede analizarse y compararse con los resultados de muestras patrones.

Los procesos indicados obtienen resultados cada vez más detallados gracias a la mejora de software y hardware y cada vez bajan más el umbral de detección de los elementos. Por este motivo, la preparación de muestras de los metales y materiales que se quieren analizar cada vez tiene más importancia. Unas simples impurezas o unas superficies ligeramente defectuosas de las muestras utilizadas pueden ocasionar que los resultados de los análisis sean falsos y las interpretaciones erróneas. Especialmente en el análisis de metales se comprueba que la superficie de la muestra debe estar perfectamente preparada, ya que la precisión de los análisis espectroscópicos viene determinada por la calidad de las muestras.       Además, es importantísimo que la superficie de las muestras analizadas sea representativa y homogénea. Esto es así especialmente en las muestras de control de la producción en las acerías, pero también en otros lugares de producción. Por lo general, la capa superior de una muestra no es representativa de la fundición que se quiere estudiar por diferentes motivos. En primer lugar, se forma una capa de herrumbre de 10 µm de grosor debido al breve contacto directo con el aire de la superficie caliente de la muestra después de la separación del molde de la toma de muestras. En segundo lugar, la mayor parte de la capa no representativa de la muestra se compone de elementos no homogéneos que pueden denominarse segregaciones. Dichas segregaciones se producen porque durante la solidificación del acero líquido extraído de la fundición tienen lugar descomposiciones de los elementos disueltos en los bordes de la solidificación. Esto se debe a las diferentes solubilidades de los elementos de la aleación en estado sólido y líquido. Dichas disgregaciones permanecen en su mayor parte incluso después de la solidificación total y suponen una falta de homogeneidad residual de la composición química.

Además, con la solidificación de la fundición desde fuera hacia dentro, la parte central, que es lo último que se solidifica, está sobresaturada de los típicos elementos residuales, como carbono, fósforo, azufre, boro, etc.

Esto significa que, dependiendo de la composición de la aleación, deben retirarse aproximadamente 0,3-0,6 mm de la superficie de la muestra para poder analizar las capas representativas e inalteradas de la muestra. Para ello se emplean en la actualidad principalmente los procesos mecanizados del fresado y pulido. El método de preparación de la muestra que se elija depende del material y del proceso de análisis, pero también de la experiencia y la tradición de la empresa y del laboratorio.

Fresado

En el fresado, HERZOG emplea componentes que están perfectamente adaptados entre sí. El dispositivo de sujeción, el fresador metálico, el motor de husillo y los ejes de desplazamiento están diseñados de forma que se alcance un par de torsión lo suficientemente grande para poder procesar sin problemas incluso muestras duras. Al mismo tiempo, se impide la aparición de vibraciones y oscilaciones para que la regularidad de la superficie de análisis no se altere por las marcas de la vibración ni por la suciedad. Al fin y al cabo, el ajuste preciso de estos componentes sirve para proteger los consumibles, en especial las placas de corte, de modo que se consiga la máxima vida útil posible.

Pulido

Normalmente, la muestra se procesa en primer lugar con un rectificado plano. Se procura obtener una superficie plana en la que todos los componentes de la superficie se encuentren al mismo nivel. Para este paso se prefiere el uso de partículas abrasivas fijas de grano grueso para conseguir una elevada tasa de ablación constante, breves tiempos de procesamiento y la máxima planeidad. En algunas circunstancias puede ser necesario un paso adicional para dar el pulido final al material después del rectificado plano. En este caso se emplean abrasivos de otros materiales compuestos que reducen las deformaciones restantes aún en la superficie de la muestra. Herzog le aconsejará con gusto sobre la elección del proceso y el material de pulido adecuados.

Preparación de muestras para el análisis por combustión

Los metales resultan muy útiles debido a su gran variedad de propiedades que permiten adaptarlos a la perfección para cualquier aplicación específica. Las propiedades de los metales se pueden controlar en gran medida mediante elementos como carbono, azufre, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. Incluso las modificaciones más ínfimas en la concentración alteran las propiedades mecánicas como ductilidad, tendencia a la corrosión o fragilidad. El análisis por combustión es el método ideal cuando se requiere un análisis rápido y muy preciso de estas concentraciones elementales.

HERZOG pone a su disposición distintas soluciones para la obtención de material de muestra para el análisis por combustión. Por un lado, se pueden capturar virutas durante el proceso de fresado con ayuda de la Chip Capture Unit (CCU) en las distintas fresadoras de HERZOG. Estas se pueden meter en un cubilete para su procesamiento o enviar de manera completamente automática y neumática a una unidad de análisis por combustión. Por otro lado, se pueden generar piezas de troquelado de muestras en disco o de doble espesor. El modelo HUST que se utiliza para ello está disponible en la variante semiautomática o automática. En el HUST semiautomático, en función de la matriz utilizada se puede pueden generar distintas cantidades de piezas de troquelado que se recopilan en un cubilete para su procesamiento manual. Asimismo, el modelo de HUST completamente automático separa las piezas troqueladas para su posterior análisis y las envía de manera neumática a un depósito o una unidad de análisis. HUST dispone de varias opciones, como una unidad de chorro de arena para limpiar las superficies, una unidad para calentar por inducción muestras muy duras y una unidad de refrigeración. HERZOG trabaja estrechamente con todos los fabricantes líderes de instrumentos para el análisis por combustión.

Preparación de muestras de escoria

La calidad del metal durante el proceso de producción de acero depende de la formación de escoria y el proceso de transformación mineralógica. La escoria de buena calidad tiene una importancia decisiva para la fabricación de acero de alta calidad y posee a su vez numerosas funciones. La escoria elimina mediante la formación de óxido los elementos indeseados y los lixivia del material fundido.  La escoria no solo sirve para recopilar impurezas, sino que también reduce la pérdida de calor mediante aislamiento térmico. Además, protege el revestimiento refractario del horno gracias a sus propiedades reductoras de erosión.

En los altos hornos, la escoria es una mezcla de componentes de baja fundición que se forman a raíz de la reacción química entre la ganga de la carga con hierro y las cenizas de coque con el fundente. También contiene componentes sin reducir como silicatos, silicatos de aluminio y silicatos de aluminio y calcio. La escoria de hornos de arco eléctrico se obtiene de distintas fuentes como oxidación de Si, Al y Mg en chatarra, suciedad en chatarra, ceniza, inyección de carbono, ganga y FeO en forma de hierro de reducción directa (DRI) y hierro HNI, así como caliza y dolomita, que se utiliza como fundente.

El empleo primario de escoria de acero o bien se usa como capa de escoria o como árido en el sector de la construcción. Mientras que la mayor parte de la escoria se utiliza como árido, el exceso de escoria de acero de otras operaciones (raker, ladle, clean out, pit) se suele tirar en vertederos.

El análisis XRF de escoria es la base para proteger de manera eficiente los materiales refractarios, reducir el consumo energético, controlar mejor los aditivos y obtener una mejor calidad del acero. La preparación de muestras de escoria incluye el triturado, el molido, el prensado o la fusión. Es posible triturar la escoria tanto en la fábrica como en el laboratorio. En cualquier caso, es preciso separar previamente el material magnético con un separador especial. Para la preparación automática de muestras, el molino está dotado de una dosificación de productos auxiliares, una dosificación previa y mecanismos eficientes de limpieza, por ejemplo con aire comprimido, chorro de arena o agua. El prensado automático se puede efectuar para diámetros de anillo de 40 y 51,5 mm. Para ello se suelen utilizar presiones entre 14 y 16 t. Otro método extremadamente eficaz para el acondicionamiento de la escoria es la fusión con borato mediante calentamiento por inducción o resistencia. En función de la organización de la toma de muestras, del transporte neumático y del grado de automatización, la preparación y el análisis se pueden realizar en periodos de 10 minutos.

Sistema de control

Los requisitos de los laboratorios de las acerías en lo que respecta al sistema de control suelen ser especialmente exigentes. HERZOG Steel Automation se somete a los controles de PrepMaster Core, desarrollado especialmente para satisfacer los requisitos de la preparación de muestras. El concepto informático integral del software PM está dirigido a la ruta de las muestras desde el lugar de la toma hasta el instrumento de análisis. Esto permite preparar de manera sencilla y segura los distintos tipos de muestras, así como procesar de manera eficaz grandes cantidades de muestras y picos de demanda. La gestión de prioridades con distintos niveles de prioridades está plenamente integrada en la estructura del software.

HERZOG coopera con prácticamente todos los fabricantes de componentes de automatización más importantes. El PM se suministra con varias interfaces «out of the box» a instrumentos de terceros, sistemas de manipulación, instrumentos de análisis (XRF,OES, CNS, medición radioactiva, etc.) y sensores (básculas, medidores de tamaños granulométricos, sistemas ópticos etc.), de modo que podemos componer de manera rápida y sencilla la configuración de planta óptima para su aplicación. También se pueden configurar sin problemas nuevos controladores de dispositivos e interfaces. Nuestra extensa experiencia con sistemas de nivel 2 permite conectar sin problemas el PM en las estructuras informáticas que ya existan en sus instalaciones.

PM Core ofrece una excelente vista general de todas las muestras pendientes, actuales y ya procesadas. Un empleo sencillo de colores y símbolos  permite hacerse de inmediato una idea general del estado de todas las muestras, máquinas y procesos. Se puede consultar fácilmente  toda la información y las funciones relevantes que aparecen en listas desplegables para acceder directamente a los datos y parámetros detallados. Naturalmente tiene la posibilidad de personalizar todas las vistas según sus deseos.

Con ayuda del nuevo entorno de desarrollo integrado (PM IDE), se pueden componer fácilmente archivos de configuración y listas de ruta para los procesos de automatización. El operario puede incluso introducir él mismo los pequeños cambios en los procesos de automatización. PM IDE está dotado de una amplia biblioteca de controladores e interfaces, las subrutinas para el control de muestras se pueden añadir fácilmente arrastrando y soltando. La comprobación de cada modificación evita que se puedan producir fallos lógicos o formales en la ruta de las muestras.

PM Core System es un sistema totalmente adaptable. Gracias a los datos sensoriales y de análisis, la ruta de las muestras se puede modificar online en la hoja trabajo. Por ejemplo: Si la preparación de muestras seleccionada no conduce al resultado deseado, se pueden iniciar automáticamente otros procesos u otras «recetas». Los sistemas de análisis óptico integrados en PM Core permiten, por ejemplo, definir en las muestras de acero el punto de chispas óptimo para la espectrometría de emisión. El comportamiento de los sistemas de manipulación, como por ejemplo el de robots, se adapta automáticamente a la nueva situación.

PM Core ofrece una amplia gama de teleservicios seguros como acceso remoto, diagnóstico remoto o mantenimiento remoto. Con el fin de evitar tiempos de parada en su laboratorio, PM Core soporta tanto un PC de backup como la instalación de un servidor redundante.

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