Industrieofentechnik

Ansprechpartner Mechanik: Dr.-Ing. Wolfgang Lenz

Ansprechpartner Verbrennung: Nico Schmitz, M. Sc.

Ansprechpartner CO2-arme Prozesswärme: Dr.-Ing. Christian Schwotzer

Aktivitäten

Kern der Aktivitäten bilden die Prozessoptimierung und Verfahrensentwicklung im Bereich der metallverarbeitenden Industrie. Zur Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz wärmetechnischer Anlagen wie Industrieöfen ist ein tiefgreifendes Verständnis der strömungs- und wärmetechnische Vorgänge essentiell. Die Prozesse werden anhand von physikalischen und numerischen Modellen untersucht. Dazu ist eine Vielzahl von Warm- und Kaltversuchsständen vorhanden, welche mit umfangreicher experimenteller Messtechnik ausgestattet sind. Daneben kommen empirische und analytische Modellbildung sowie Simulationen auf Basis von Computational Fluid Dynamics (CFD) zum Einsatz. Die Kombination aus experimentellen und numerischen Untersuchungen ermöglicht dabei eine umfangreiche Abbildung der physikalischen Vorgänge. Die Schwerpunkte der Forschung liegen in den Bereichen:

Industrieofen Aerodynamik:

  • Heißgasventilatoren für Hochtemperaturanwendungen
  • Wärmeeinkopplung in Industrieöfen, direkte (gasbefeuert) oder indirekte Beheizung (gas- oder elektrisch beheizte Strahlheizrohre)
  • Wärme- und Stoffübergangsbedingungen an Bauteilen
  • Düsensysteme für Hochkonvektionsöfen (Kammerofen, Schwebebandofen, Bolzenerwärmungsanlagen)
RWTH-FB5-029
Physikalisches Modell einer Bandkühlstrecke (Fotograf: Martin Braun)

Prozessgasöfen:

  • Optimierung von Gaswechselstrategien
  • Überwachung von Prozessgaswechseln
  • Entwicklung von Metalloxidsensoren

Verbrennung:

  • Brennerkonstruktion und -optimierung
  • Direct Flame Impingement (DFI)
  • Flammlose Verbrennung (FLOX)
  • Unterstöchiometrische Verbrennung zur Reduzierung der Zunderbildung auf Kupfer und Stahl
  • Verbrennungsdiagnostik mit OH*-Visualisierung und laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)

Modellierung:

  • Rekristallisation und Kornwachstum bei Kupfer und Messing
  • Fluid-Struktur-Interaktion, Auswirkung Strömungs- und wärmetechnischer Phänomene auf Gut und Ofengehäuse
  • Verbrennung in verschiedenen wärmetechnischen Anwendungen

Ein weiteres, noch junges Themengebiet sind hybride Beheizungskonzepte (Hybrid Heating). Ein Großteil der Industrieöfen wird prozessbedingt mit fossilen Brennstoffen, insbesondere Gas, Öl oder Kohle betrieben. Vor dem Hintergrund der Energiewende sollen konventionelle Brennstoffe zunehmend durch Strom aus Erneuerbaren Energien substituiert werden und so zur Stabilität des Stromnetzes beitragen (Power to Heat). Für die praktische Umsetzung bedarf dies gezielter Forschung und die Entwicklung neuer, innovativer Konzepte für wärmetechnische Anlagen und Industrieöfen.

Aktuelle Forschungsvorhaben

Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz des Recyclings organik-kontaminierter Al-Schrotte – ReOrgAl (BMWi)

Entwicklung metallischer Hochleistungsrekuperatoren für die Erschließung neuer Einsatzgebiete (AiF ZIM)

Definierte Einstellung von Wärmeübergangsprofilen in Sprühdüsenfeldern zur Optimierung der Wärmebehandlung in Banddurchlaufanlagen (AiF IGF)

Steigerung der thermomechanischen Stabilität von Querstromventilatoren für den Einsatz in Thermoprozessanlagen (AiF IGF)

Entwicklung eines neuartigen, flexiblen Bearbeitungsprozesses zur Herstellung von Quarzglasbauteilen (AiF ZIM)

Wärme- und werkstofftechnische Auswirkungen von Wasserstoffatmosphären bei der Wärmebehandlung (AiF IGF)

Einsatzmöglichkeiten der dezentralen Sauerstofferzeugung an Industrieöfen (AiF IGF)

Wärmetechnische Charakterisierung von Oberflächenkontakten (AiF IGF)

Tailored Heating in der Warmumformung (AiF IGF)

Renewable residential heating with fast pyrolysis bio-oil – Residue2Heat (EU H2020)

Entwicklung innovativer regenerativ beheizter Strahlheizrohre für den Einsatz in Wärmebehandlungsanlagen mit geringem Bauraum (AiF ZIM)

Neues Tunnelofenkonzept zum energieeffizienten Brennen von Ziegeln (AiF IGF)

Oberflächenvergrößerung und Lebensdauererhöhung von Strahlheizrohren durch den Einsatz strukturierter Bleche (AiF IGF)

Abgeschlossene Forschungsvorhaben