Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Handhabung von Schmelzproben in einem Stahlwerkslabor sowie ein Stahlwerkslabor, wobei die Schmelzprobe in wenigstens einer ersten Behandlungseinrichtung bearbeitet und/oder analysiert wird und anschließend über wenigstens einen ersten Transportweg zu wenigstens einer zweiten Behandlungseinrichtung transportiert wird, wo die Schmelzprobe einer weiteren Bearbeitung und/oder Analyse unterzogen wird.

In allen Phasen der Stahlerzeugung - von der Roheisengewinnung bis zum fertigen Produkt - werden modernste Fertigungs- und Messmethoden eingesetzt. Dabei ist die genaue Kenntnis der Stahlzusammensetzung ein wichtiger Aspekt, da von ihr neben der Art der Verarbeitung die Material eigenschaften abhängen. Die Stahlzusammensetzung ergibt sich zu Beginn des Herstellungsprozesses aus den Ausgangsstoffen Eisenerz, Koks, den Reduktionsprozessen sowie der Hinzulegierung von Begleitelementen in der Sekundärmetallurgie. Konventionell wird die Zusammensetzung anhand von Stichproben aus der Roheisen- oder Stahlschmelze mittels Röntgen-Fluoreszenzanalytik (RFA), Verbrennungsanalyse und auch der Funkemissionsspektroskopie bestimmt. Diese Verfahren stellen hohe Ansprüche an die Probenpräparation.

Bei der konventionellen Prozesskontrolle in einem Stahlwerk wird eine aus einer Stahlschmelze mittels einer Tauchsonde gezogene Probe mittels Rohrposttransport zu einem Stahlwerkslabor transportiert. Je nach Bedarf ist die Probe vor der weiteren Verarbeitung zu kühlen und gelangt dann in eine Fräse um die Zunderschicht ganzflächig zu entfernen. Im Anschluss wird die vom Zunder befreite Probe einer Röntgenfluoreszenzanalyse unterzogen oder gegebenenfalls gleich mit der Funkenemissionsspektrometrie analysiert. Zusätzlich zur Funkenemissions- spektrometrie wird zur Bestimmung des Kohlenstoff- und Schwefelgehaltes bei einem Teil der Proben eine Verbrennungsanalyse durchgeführt. Hierfür wird üblicherweise ein Teil der beim Fräsen oder durch andere spanabhebende Verfahren gewonnenen Späne verwendet. Darüber hinaus können weitere Behandlungseinrichtungen vorgesehen sein.

Die Proben werden zwischen den einzelnen Behandlungseinrichtungen mit Hilfe eines Transportsystems (Förderbänder oder Schienensystem) transportiert. Auch ist es bekannt, dass die Proben mittels eines Roboters zu den nachgeschalteten Behandlungseinrichtungen überführt werden. An jeder Behandlungseinrichtung sind üblicherweise Übergabeeinheiten vorgesehen, die den Transfer der Probe vom Transportsystem in die Behandlungseinrichtung gewährleisten, wo die Proben positioniert und ggf. auch vermessen und behandelt werden.

Aus der EP 0 633 207 Al ist ein Transportsystem zum Transport von Proben zu unterschiedlichen Behandlungseinrichtungen bekannt, wobei ein umlaufendes Transportband mit darauf umlaufenden Probenträgem zum Einsatz kommen. Die Proben sind dabei in einem Becher enthalten, der auf einem Probenträger angeordnet ist. Die Probenträger sind während des Transportes auf zwei Fördergurten des Transportbandes aufgesetzt. Vor einer Behandlungseinrichtung wird der Probenträger mit Hilfe einer Stoppvorrichtung angehalten und zusammen mit dem die Probe enthaltenden Becher mittels eines Handhabungsgeräts vom Transportband angehoben und in die Behandlungseinrichtung transferiert. Nach der Behandlung der Probe wird der Probenträger nebst dem die Probe enthaltenden Becher wieder auf das Transportband zurückgebracht, wobei es auch denkbar ist, dass die Probe in der Behandlungseinrichtung verbleibt und nur der leere Becher mit dem Probenträger auf das Transportband zurückgelangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Handhabung von Schmelzproben bei der Stahlherstellung zu vereinfachen und die Zeitdauer für die Probenpräparation, das Probenhandling und die chemische Analyse zu verkürzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Beim erfmdungsgemäßen Verfahren zur Handhabung von Schmelzproben in einem Stahlwerkslabor wird die Schmelzprobe in wenigstens einer ersten Behandlungseinrichtung bearbeitet und/oder analysiert und wird anschließend über wenigstens einen ersten Transportweg zu wenigstens einer zweiten Behandlungseinrichtung transportiert, wo die Schmelzprobe einer weiteren Bearbeitung und/oder Analyse unterzogen wird. Die Schmelzprobe wird dabei auf einem Probenträger eingespannt, sodass der Probenträger mit der eingespannten Schmelzprobe zwischen den Behandlungseinrichtungen transportiert und in den Behandlungseinrichtungen für die Bearbeitung und/oder Analyse positioniert wird.

Die Probe verbleibt somit bis zur letzten Behandlungseinrichtung auf dem Probenträger, sodass zwischendurch kein Umspannen und Vermessen und damit weniger Handhabung erforderlich sind. Da die Probenträger im Gegensatz zu den eingespannten Proben eine immer gleiche Form haben, ist zudem einen einfachere Handhabung beim Transfer zwischen einer Transporteinrichtung und der Behandlungseinrichtung gegeben.

Das erfmdungsgemäße Stahlwerkslabor zur Handhabung von Schmelzproben sieht wenigstens eine erste und eine zweite Behandlungseinrichtung zur Bearbeitung und/oder Analyse der Schmelzproben sowie eine Transportvorrichtung zum Transport der Schmelzproben zwischen den Behandlungseinrichtungen vor. Weiterhin ist ein Probenträger mit einer ersten Spanneinrichtung zum Einspannen der Schmelzprobe vorgesehen, wobei der Probenträger mit einer eingespannten Probe für den Transport auf der Transportvorrichtung ausgebildet ist. Im Bereich der Behandlungsstationen ist ferner eine Transfereinheit zum Transferieren des Probenträgers mit der eingespannten Schmelzprobe in die Behandlungseinrichtung angeordnet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Probenträger mit der eingespannten Schmelzprobe für den Transport zwischen den wenigstens zwei Behandlungsstationen auf einer Transportvorrichtung platziert, die beispielsweise durch ein Förderband oder ein Schienensystem gebildet wird. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch denkbar, dass der Transport zwischen den Behandlungseinrichtungen mittels eines Roboters erfolgt. In einer weiteren Ausgestaltung kann der Probenträger mit der eingespannten Schmelzprobe zwischen der Transportvorrichtung und der wenigstens einen Behandlungseinrichtung transferiert werden, wobei auch eine Positionierung in einer gedrehten Stellung (180°), beispielsweise über Kopf, in der Behandlungsstation vorgesehen werden kann. Dies kann dann erforderlich sein, wenn die Analysen von unten erfolgen und die Schmelzprobe dabei über Kopf gehalten werden muss.

Bei bestimmten Behandlungen der Probe ist auch deren Lage und Höhe in der Behandlungseinrichtung von entscheidender Bedeutung. So kommt es beispielsweise bei der Funkenemissionsspektroskopie (OES) entscheidend auf die Lage der Probe für die Analyse der Schmelzprobe an. Dazu wird die Oberfläche der Schmelzprobe durch die Bildanalyse auf Fehlstellen analysiert, wobei durch die eindeutige Position der Schmelzprobe auf dem Probenträger eine Analyse im„sauberem“ Bereich der Probenoberfläche durchgeführt werden kann. Die Höhe der Probe ist vor allem für die Fräsbearbeitung in einer Fräse entscheidend.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die auf dem Probenträger eingespannte Schmelzprobe daher vor dem Positionieren der Schmelzprobe in einer Messstation in ihrer Lage und Höhe bezüglich des Probenträgers vermessen, sodass diese Daten in den einzelnen Behandlungseinrichtungen je nach Bedarf genutzt werden können. So ist in den Behandlungseinrichtungen, in denen es auf eine exakte Ausrichtung ankommt, eine erneute Vermessung nicht mehr erforderlich. In einer weiteren Ausgestaltung können die Messdaten an wenigstens eine der Behandlungsstationen vor der Bearbeitung und/oder Analyse der Schmelzprobe übergeben werden.

In den Behandlungseinrichtungen können die Schmelzproben wahlweise einer Kühlung und/oder einer Oberflächenbearbeitung und/oder einer Röntgenfluoreszenzanalyse und/oder einer Analyse mittels Funkenemissionsspekrometrie unterzogen werden. Wird eine Oberflächenbearbeitung der Schmelzprobe durchgeführt, so kann die Behandlungseinrichtung mit einer Einspannvorrichtung versehen sein, die auf den in der Behandlungseinrichtung positionierten Probenträger zur Erhöhung der auf die Schmelzprobe wirkenden Spannkraft einwirkt. Eine solche zusätzliche Spannkraft ist insbesondere bei einer Fräse von Vorteil.

Die Schmelzproben und/oder der zugehörige Probenträger können zur Identifizierung der Schmelzproben gekennzeichnet werden, wobei der zugehörige Probenträger auch die Behandlungsinformationen (z. B. die Vermessungsdaten) der Schmelzprobe aufnimmt und an die Behandlungseinrichtungen übergibt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Spanneinrichtung des Probenträgers Spannbacken auf, die zur Erhöhung des Reibwertes mit einer Mikropartikelbeschichtung versehen sind, um einen sicheren Halt der Probe zu gewährleisten. Es ist auch denkbar, dass der Probenträger mit einer zweiten Spanneinrichtung zum Einspannen einer weiteren Schmelzprobe ausgestattet ist, wodurch zwei Schmelzproben gemeinsam transportiert werden können. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Schmelzprobe auf der Oberseite und die andere Schmelzprobe auf der Unterseite des Probenträgers angeordnet sind, wodurch sich eine relativ kompakte Form ergibt. Außerdem kann auf diese Weise die Zeitdauer für die Probenpräparation, das Probenhandling und die chemische Analyse weiter verkürzt werden. Insgesamt wird für diese drei voll automatisch ablaufenden Prozessschritte, inklusive des Transports der Probe in das Labor, eine Zeitdauer von lediglich 2 bis 3 Minuten angestrebt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig.1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Stahlwerklabors, Fig.2 eine dreidimensionale Darstellung des Probenträgers mit eingespannter Schmelzprobe,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Einspann- und Messeinrichtung zum

Einspannen und Vermessen der Schmelzprobe,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Probenträgers mit eingespannter

Schmelzprobe auf der Transporteinrichtung,

Fig. 5a und 5b eine Draufsicht und eine dreidimensionale Darstellung der

Einspannvorrichtung in einer Bearbeitungseinrichtung,

Fig. 6a bis 6c verschiedene Ansichten während des Transfers des Probenträgers von der Transporteinrichtung in die Behandlungseinrichtung und

Fig. 7 eine dreidimensionale Darstellung eines Probenträgers für zwei

Schmelzproben.

Fig. 1 zeigt ein Stahlwerkslabor zur Probenpräparation, zum Probenhandling und zur chemischen Analyse von Schmelzproben der Stahlherstellung. Die hier nicht näher dargestellte Probennahme erfolgt durch Eintauchen von speziellen Probennahmesonden in die Schmelze. Je nach Sonde werden zwischen Lollipop- Proben, Kegel- bzw. Kokillenproben, ovalen Proben und Laschenproben unterschieden, wobei Lollipop-Proben und ovale Proben bevorzugt werden, da sie nach Abtrennung des Stiels automatisch gehandhabt werden können.

In der Nähe der Probennahmestelle werden die gezogenen Schmelzproben 1 einer Rohrpoststation übergeben und mit einer Rohrpostbüchse ins Stahlwerkslabor transportiert. Im Stahlwerkslabor gibt es wenigstens einen Rohrpostempfänger 2, der die Rohrpostbüchse automatisch öffnet und die Schmelzprobe 1 entnimmt. Die Schmelzprobe 1 wird einer Einspann- und Messstation 3 beispielsweise mit einem Roboter 4 übergeben (Fig. 3). Gemäß Fig. 2 wird die Schmelzprobe dort auf einem Probenträger 5 eingespannt. Der Probenträger 5 weist hierzu eine erste Spanneinrichtung 6 auf, die hier durch einen feststehenden Spannbacken 6a und einen federvorgespannten Spannbacken 6b gebildet wird. Die beiden Spannbacken 6a, 6b können zur Erhöhung der Haltekraft mit einer Mikropartikelbeschichtung versehen sein. Anschließend wird die am Probenträger 5 eingespannte Schmelzprobe 1 mit wenigstens einer Messeinrichtung 7 vermessen, wobei insbesondere die Lage und die Höhe der Schmelzprobe 1 bezüglich des Probenträgers 5 ermittelt wird. Die Messdaten werden entweder am Probenträger 5, beispielsweise mit einem RFID- System gespeichert oder direkt an die Behandlungseinrichtungen weitergeleitet. In jedem sind entweder die Schmelzproben und/oder die zugehörigen Probenträger zur Identifizierung der Schmelzprobe 1 in geeigneter Weise gekennzeichnet, sodass jede Schmelzprobe 1 an den jeweiligen Behandlungseinrichtungen eindeutig identifiziert werden kann.

Der Probenträger 5 wird mit der eingespannten Schmelzprobe 1 mittels des Roboters 4 aus der Einspann- und Messstation 3 auf eine Transportvorrichtung 9 gesetzt, um den Probenträger 5 zu einer ersten Behandlungsstation 10 zu transportieren (Fig. 4), die hier als Fräse ausgebildet ist. Der Transfer von der Transporteinrichtung 9 in die ersten Behandlungsstation 10 erfolgt durch eine geeignete Transfereinrichtung, die beispielsweise durch einen zweiten Roboter 11 gebildet wird. Dabei wird der Probenträger 5 mit der eingespannten Schmelzprobe 1 in die Fräsmaschine transferiert.

Die oberste Schicht der Schmelzprobe ist durch Oxidation gekennzeichnet und weist eine für die Schmelzprobe nicht repräsentative ca. 0,5 mm dicke Zunderschicht auf. Darunter schließt sich eine für eine repräsentative Analyse geeignete einige Millimeter dicke Schicht an. Die Zunderschicht auf der Schmelzprobe 1 muss daher ganzflächig entfernt werden. Hierzu hat sich der Einsatz einer Fräse etabliert. Da beim Fräsvorgang erhöhte Kräfte auf die Schmelzprobe 1 einwirken, weist die erste Behandlungsstation 10 (Fräse) eine zusätzliche Einspannvorrichtung auf, die bei in der ersten Behandlungseinrichtung 10 positioniertem Probenträger 5 mit der ersten Spanneinrichtung 6 des Probenträgers 5 zur Erhöhung der auf die Schmelzprobe 1 wirkenden Spannkraft in Wirkkontakt steht (Figuren 5a, 5b). Die

Einspannvorrichtung 12 der ersten Behandlungseinrichtung 10 besteht aus einer feststehenden Backe 12a und einer beweglichen Backe 12b, wobei der Probenträger 5 derart in der Spannvorrichtung 12 platziert wird, dass der feststehende Spannbacken 6a des Probenträgers 5 mit der feststehenden Backe 12a und der federvorgespannte Spannbacken 6b mit der beweglichen Backe 12b in Wirkkontakt kommen. Durch die zusätzliche Kraft (Pfeil 19) der beweglichen Backe 12b kann die gesamte, auf die Schmelzprobe wirkende Spannkraft erhöht und dadurch auch beim Fräsen ein ausreichender Halt sichergestellt werden.

Nach den Fräsarbeiten wird der Probenträger 5 samt eingespannter Schmelzprobe 1 durch den zweiten Roboter 11 wieder auf die Transportvorrichtung 9 gesetzt, um die zweite Behandlungseinrichtung 13 anzusteuem. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Gerät zur Funkenemissionsspektroskopie (OES), wodurch eine schnell chemische Analyse der Schmelzprobe 1 und eine Darstellung des Emissionsspektrums von chemischen Stoffen möglich ist. Die OES-Analyse ist wie die RFA-Analyse zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der elementaren Zusammensetzung einer Probe bestimmt, wobei die Unterschiede in der Genauigkeit und der Analysedauer liegen. Der Transfer von der Transportvorrichtung 9 in die zweite Behandlungseinrichtung 13 ist in den Figuren 6a bis 6c dargestellt und erfolgt hier durch einen dritten Roboter 14 mit geeignetem Greifer 14a.

Als dritte Behandlungseinrichtung 15 ist ein Gerät zur Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) vorgesehen, die eine Methode zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der elementaren Zusammensetzung einer Probe darstellt und den Vorteil hat, dass die Proben durch die Messung nicht zerstört und keine Aufschlüsse benötigt werden. Der Transfer des Probenträgers 5 mit der eingespannten Schmelzprobe 1 erfolgt hier über einen vierten Roboter 16.

Nachdem alle Analysen an der Schmelzprobe 1 durchgeführt wurden, gelangt diese mit Hilfe eines fünften Roboters in ein Probenlager, wo die Schmelzprobe aus dem Probenträger 5 herausgenommen wird, sodass der Probenträger für eine neu Schmelzprobe verwendet werden kann. Das Transportsystem ist daher auch zweckmäßigerweise als endlose Schleife ausgebildet, sodass der leere Probenträger als nächstes wieder zur Einspann- und Messstation 3 gelangt.

Das in Fig. 1 dargestellte Stahlwerkslabor ist lediglich als ein denkbares Ausführungsbeispiel zu sehen. Im Rahmen der Erfindung sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar. So können insbesondere in Abhängigkeit der Anzahl der zu analysierenden Schmelzproben die einzelnen Behandlungsstationen auch mehrfach vorhanden sein. Auch ist es denkbar, dass mehrere Behandlungsstationen im Wirkbereich einer einzelnen Transfereinrichtung (Roboter) angeordnet sind.

Fig. 7 zeigt schließlich noch ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Probenträger 5', der so ausgebildet ist, dass zwei Schmelzproben G, 1" aufgenommen werden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Probenträger 5' im Wesentlichen dadurch gebildet, dass zwei Probenträger gemäß Fig. 2 auf ihrer der eingespannten Schmelzprobe gegenüberliegenden Seite miteinander verbunden sind, sodass eine erste Schmelzprobe G oben und eine zweite Schmelzprobe 1" unten mit jeweils separaten Spanneinrichtungen 6', 6" eingespannt werden können. Auf diese Weise können zwei Schmelzproben gleichzeitig transportiert werden und auch die Behandlung in den Behandlungseinrichtungen kann schneller erfolgen, da die Probenträger 5' durch die Transfereinrichtung (Roboter) lediglich umgedreht werden muss.