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Füllstandmessung Radartechnik sorgt für sicheren Nachschub beim Kupfer-Recycling

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Die Aufbereitung von Kupferschrotten beinhaltet viele sauber aufeinander abgestimmte Prozesse. Nur so lässt sich das recycelte Kupfer später wieder gut verwenden. Bei der Füllstandmesstechnik verlassen sich die Montanwerke Brixlegg auf die Radartechnik von Vega.

Der Radar-Füllstandsensor Vegapuls lässt sich von den rauen Bedingungen bei der Kupferaufbereitung wenig beeinflussen.
Der Radar-Füllstandsensor Vegapuls lässt sich von den rauen Bedingungen bei der Kupferaufbereitung wenig beeinflussen.
(Bild: Vega )

Auf über 550 Jahre Unternehmensgeschichte zurückblicken können wohl die wenigsten Unternehmen. Erstmals tauchte die Kupfer-Silberhütte Brixlegg 1463 in den Urkunden auf. Bis ins 20. Jahrhundert wurden dort Kupfer- und Silbererze gefördert und zu Reinmetallen raffiniert. Seit 1890 setzt man zunehmend auf kupferhaltige Sekundärmaterialien anstelle von Erzen als Rohstoff. „Lagen damals die Herausforderungen eher in rein bergmännischen Aufgaben, tragen wir heute Verantwortung für ein gutes Zusammenspiel von Mensch, Umwelt und Wirtschaft“, erklärt Patrick Oberladstätter, Leiter der Elektrotechnik bei Montanwerke Brixlegg in Tirol.

Heute sind die Montanwerke Brixlegg mit über 350 Mitarbeitern ein 100-prozentiger Upcycling-Betrieb und einer der wichtigsten Industriebetriebe in Westösterreich. Das Werk in Brixlegg gilt als Spezialist für Kupferrecycling und die damit verbundene Kupferraffination. Mehr noch: Das Tiroler Unternehmen prescht auch beim Klimaschutz vor – hier wird das weltweit klimafreundlichste Kupfer mit den niedrigsten CO2-Emissionen, 100 Prozent Recycling-Rohstoffen und 100 Prozent erneuerbarer Energie für den Strombedarf produziert. „Damit leisten wir nicht nur Pionierarbeit für den heutigen Bedarf, sondern schaffen schon jetzt als die Ersten in der Wertschöpfungskette die Voraussetzungen für die Klimaneutralität der Zukunft“, so Oberladstätter.

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Aus Schrott werden wertvolle Rohstoffe

Als Rohstoffe werden kupferhaltige Stäube, Aschen, Schreddermaterialien, Schlämme und Rücklaufschlacken mit Kupfergehalten zwischen 15 und 60 Prozent eingesetzt, auch Legierungsschrotte wie Messing, Bronze und Rotguss mit Kupfergehalten zwischen 60 und 80 Prozent gehören dazu. Raffiniermaterialien sowie gehäckselte und sortierte elektrische Leitungen weisen einen Kupfer-Gehalt von etwa 80 bis 99 Prozent auf. Hochreine Rücklaufschrotte aus der Halbzeugfertigung werden dagegen ohne Raffination direkt in der Gießerei eingesetzt. Neben diesen festen Rohstoffen werden Kupferchloridlösungen aus der Elektronikindustrie aufgearbeitet. Aus den Rohstoffen werden neben Kupfer zahlreiche andere Metalle wie Nickel, Zink, Zinn und Edelmetalle gewonnen. Die so erzeugten Kupferkathoden, Rundbolzen, Walzplatten und Edelmetalle sind dann wertvoller Rohstoff für Anwendungen in der Elektroindustrie, Bauindustrie, im Maschinen- und Anlagenbau, im Hightech-Bereich sowie in der Galvanotechnik und Landwirtschaft.

Trotzt rauen Umgebungsbedingungen

Ohne zuverlässige und robuste Messtechnik wären die fein abgestimmten Produktionsprozesse nicht möglich. So sind seit langem Vega-Geräte im Einsatz; die Zusammenarbeit hat sich aber seit 2016 stark intensiviert. „Die Spezialisierung von Vega auf die Druck- und Füllstandmessung bewährt sich meiner Meinung nach. Wir sind von der Qualität und der Handhabung begeistert, daher setzen wir bei kontinuierlichen Füllstandmessungen auf den Vegapuls“, so die Bilanz von Oberladstätter. Seit der Markteinführung der Vegapuls 21-Geräte im Jahr 2020 wurden fast 50 Sensoren der kompakten Sensorserie eingebaut. Diese werden in diversen sensiblen Chemieanwendungen, etwa für die Messung von Säuren, Laugen, Kalkmilch, etc. eingesetzt. Als Beispiel kann hier die kontinuierliche Messung der säurehaltigen Flüssigkeiten im Elektrolysebereich genannt werden, die zur optimalen Nutzung und Steuerung der Pumpen von höchster Wichtigkeit im Betrieb sind.

Zusätzlich sind als Überfüllsicherungen zahlreiche Vegaswing 61 und 63 verbaut. In letzter Zeit wurden mehr Namur-Ausführungen eingebaut, da eine wiederkehrende Prüfung über die Prüftaste am Vegator eine wesentliche Erleichterung bringt. Mit dieser Namur-Elektronik ist nicht nur eine sehr einfache Verkabelung möglich, sondern auch die Überprüfung des Sensors über die Prüftaste am Steuergerät Vegator im Schaltschrank. Dazu muss also nicht mehr auf den Behälter gestiegen werden; auch der Ausbau der Geräte zur Überprüfung fällt weg. Dies wiederum bringt eine wesentliche Zeitersparnis und auch erhöhte Personensicherheit mit sich.

Der Vegaswing erfasst die Grenzstände im Behälter und leitet diese an das Steuergerät weiter. Der Messwert wird durch einen Abgleich im Steuergerät an die individuellen Bedingungen der Messstelle angepasst. Dieser wird im Display angezeigt und über die integrierten Stromausgänge ausgegeben. Dadurch können die Grenzstandsignale auch für einfache Regelaufgaben verwendet werden. Zudem wird der Signalstromkreis auf Leitungsunterbrechung und Leitungskurzschluss überwacht.

Überwacht den Füllstand im Schachtofen

Jürgen Skowaisa, Produktmanager Radar bei Vega - „Die Messung über einen 45°-Spiegel macht immer dann Sinn, wenn der Sensor nicht direkt über dem Behälter montiert werden kann.“ Jürgen Skowaisa, Produktmanager Radar bei Vega
Jürgen Skowaisa, Produktmanager Radar bei Vega - „Die Messung über einen 45°-Spiegel macht immer dann Sinn, wenn der Sensor nicht direkt über dem Behälter montiert werden kann.“ Jürgen Skowaisa, Produktmanager Radar bei Vega
(Bild: Vega )

Ein ganz besonderer Einsatzort für die kontinuierliche Füllstandmessung ist der Schachtofen: Hierin werden über einen Förderer die Schrottpakete eingebracht. Neben den erhöhten Umgebungstemperaturen und der Hitze im Prozess sorgen auch Staub und Vibrationen für täglich neue Herausforderungen für diese Messtechnik. Bis Dezember 2021 kam an dieser Stelle eine radiometrische Messung zur Min/Max-Überwachung zum Einsatz, die jedoch keine zuverlässigen Werte lieferte. Mit dieser Methode war lediglich eine punktförmige Überwachung möglich. Darüber hinaus wollte man die Strahlenquelle vermeiden.

Nachgefragt bei Jürgen Skowaisa, Produktmanager Radar bei Vega

Herr Skowaisa, warum ist die Messung im Schachtofen so kompliziert?
Jürgen Skowaisa: Die Umgebungsbedingungen sind dort sehr anspruchsvoll. Man kann sich die Situation fast wie einen Müllbunker vorstellen, in den das zerkleinerte Material von oben eingefüllt wird. Dieses fällt hinein in den Schacht, in dem immer ein gewisser Füllstand vorgehalten wird und wird von hier aus kontinuierlich in den eigentlichen Schmelzofen transportiert. Zwar verhindert der Schrott, dass zu viel Hitze und Flammen aus dem Ofen austreten können, dennoch ist es dort natürlich extrem heiß.

Muss man häufig in Füllstandsanwendungen um die Ecke denken?
Da ein Kran den Schrott von oben einfüllt, und die Temperatur recht hoch ist, sollte sich an dieser Stelle kein Sensor befinden. Daher ist die Messung über einen 45°-Spiegel eine gute Lösung. Sie macht immer dann Sinn, wenn der Sensor nicht direkt über dem Behälter montiert werden kann. Sie kommt zum Beispiel auch häufiger bei Behältern mit Flüssigkeiten zum Einsatz, wenn von oben kein Zugang möglich ist.

Wie erleichtert die Namur-Prüftaste am Vegator die Anwendung?
Die Prüfung bei der Grenzstandmessung mit einem Vegaswing wird über die Prüftaste automatisch in verschiedenen Stufen durchgeführt: Das macht es für den Anwender besonders einfach. Er drückt lediglich einmal auf den Knopf, und der benötigte Prüfzyklus wird komplett durchlaufen. Damit kann auf einfache Weise die jährliche Prüfung durchgeführt werden.

„Wir müssen aber die Füllhöhe genau überwachen, um den optimalen Füllstand zu halten“, erklärt Oberladstätter. Der gleichmäßige Zustrom des Produktmixes ist außerordentlich wichtig für den gesamten Prozess. Die besondere Situation: Es muss immer Produkt im Verbrennungsraum sein, ansonsten könnte das Feuer zurückschlagen und großen Schaden anrichten. Hier ermöglicht die kontinuierliche Messung durch die Vega-Sensoren die gleichmäßige Aufgabe der Schrottpakete. „Vor dem Einbau dieser Einrichtung kam es immer wieder zu einer zu großen Entleerung des Schachtofens und somit zu Schäden am Ofen durch zu hohe Temperaturen“, so Oberladstätter.

Nun hält der Radarsensor Vegapuls den Füllstand im Schachtofen genau auf dem optimalen Punkt. Mithilfe eines 45°-Spiegels wird die Füllhöhe des Schachtofens vom außen montierten Vegapuls im Ofen gemessen. Der Sensor wurde Ende Dezember 2021 von Oberladstätter und seinem Team installiert und in Betrieb genommen. Die Feinjustierung übernahm ein Vega-Ingenieur. Der Vegapuls lässt sich von den rauen Bedingungen wenig beeinflussen, auch die Ablagerungen im Schacht stören bei der Messung nicht. Dies liegt an dem sehr geringen Abstrahlwinkel des Sensors von 4°. Dadurch kann der Sensor selbst in engen Schächten mit Einbauten oder bei Anhaftungen an der Schachtwand sicher eingesetzt werden, weil der Messstrahl einfach daran vorbei gleitet.

Störsignale eliminieren

Zwei Aspekte spielten bei der Auswahl eine Rolle. Zum einen kommt der Vegapuls auch mit den hohen Temperaturen zurecht. So herrscht an dieser Stelle im Ofen immer noch eine Prozesstemperatur bis ca. 200 °C und auch in der Umgebung ist es mit 50 °C noch heiß. Gleichzeitig ist der Sensor unempfindlich gegenüber Ablagerungen – im rauen Umfeld des Ofens extrem wichtig. Zum anderen ist der Vegapuls für Messungen im Nahbereich optimiert. Eine spezielle Verarbeitung von Reflexionen im Nahbereich ermöglicht es, die Einflüsse von Störsignalen direkt vor dem Antennensystem zu reduzieren. Die hohe Fokussierung des Sendesignals bietet weitere Vorteile. Der wichtigste ist, dass sich das eigentliche Messsignal von Störsignalen besser trennen lässt und selbst kleinste Reflexionssignale noch erfasst werden.

Neben den Vorteilen im Prozess und der hohen Messgenauigkeit waren es aber auch ganz praktische Überlegungen, die die Betriebsmannschaft rund um Oberladstätter von der Technologie überzeugten. Dazu gehören etwa die einfache Installation und Instandhaltung, der Preis und Service. So lassen sich die Sensoren über ein Smartphone bequem via Bluetooth einstellen – ideal für raue Umgebungen, Ex-Bereiche oder schlecht zugängliche Messorte. Daher war der Vegapuls auch im Schachtofen dank Bluetooth und der intuitiven Bedienstruktur schnell installiert. Über die Eingabe der Seriennummer lassen sich zudem alle relevanten Informationen zum Vega-Gerät abrufen. Dies erleichtert spätere Wartungsaufgaben.

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