IGF-Projekt 17810 N

Verfahrensentwicklung für eine zunderarme Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen

Forschungsstellen
RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik
Oel-Waerme-Insitut GmbH

Laufzeit
01.12.2013 – 30.11.2015

Zusammenfassung
Das Ziel dieses Projektes ist die Weiterentwicklung der direkten Befeuerung von Öfen für die Erwärmung metallischer Halbzeuge durch Brenner mit vorgewärmter Verbrennungsluft zur Verbesserung der Ressourcen- und Energieeffizienz. Mittels eines unterstöchiometrischen Luftverhältnisses im Ofenraum wird ein niedriger Sauerstoffpartialdruck eingestellt und der Materialverlust durch Zunderbildung bei Kupfer und unlegiertem Stahl reduziert. Es wird ein dreistufiger Prozess entwickelt, welcher die Energie des im Ofenraum unvollständig verbrannten Brennstoffs für die rekuperative oder regenerative Luftvorwärmung nutzt.

Die experimentellen Untersuchungen zeigen eine fast vollständige Reduzierung der anfallenden Zundermenge bei Kupfer und Kupfer-Nickel-Legierungen bei einer Luftzahl von 0,96. Für Stahl wird die anfallende Zundermenge bei einer Verringerung der Luftzahl von 1,15 auf 0,95 halbiert. Die Erzeugung einer unterstöchiometrisch verbrannten Ofenatmosphäre ist mit einem konventionellen Rekuperatorbrenner möglich. Es wird ein Prozessfenster in Abhängigkeit der Brennerleistung, Luftzahl und Luftvorwärmung ermittelt. Die Nachverbrennung findet in einer Ringspalt- oder Rohrgeometrie statt. Für einen vollständigen CO-Ausbrand muss die Nachverbrennung vor dem Wärmetauscher vollzogen sein. Es wird ein Prozessfenster für den stabilen Betrieb der Nachverbrennung in Abhängigkeit der primären Luftzahl, der sekundären Luftmenge sowie der Abgas- und Luftvorwärmtemperatur ermittelt. Die CO-Emissionen betragen nach der Nachverbrennung deutlich weniger als 150 ppm und die NOX-Emissionen deutlich weniger als 50 ppm.

Eine technische und wirtschaftliche Gesamtbetrachtung zeigt, dass das Verfahren für eine unterstöchiometrische Verbrennung mit einer Luftzahl größer als 0,95 einsetzbar ist. Das größte Potential zur wirtschaftlichen Verbesserung durch einen Einsatz des Verfahrens ist bei Kupfer und Kupfer-Nickel-Legierungen sowie der Erwärmung von Stahl mit einem zentralen Rekuperator vorhanden.

Veröffentlichungen im Rahmen des Projektes
Schwotzer, C.; Schnitzler, M.; Pfeifer, H.; Ackermann, H.; Diarra, D.: Low scale reheating of semi-finished metal products in furnaces with a central recuperator, heat processing, 14 (2016), Nr. 3, S. 83-89

Schwotzer, C.; Schnitzler, M.; Pfeifer, H.: Zunderarme Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen mit Rekuperatorbrennern, Gaswärme International, 65 (2016), Nr. 3, S. 67-72

C. Schwotzer, M. Schnitzler, H. Pfeifer, H. Ackermann, D. Diarra: Untersuchung der Energieeffizienz und Abgasemissionen eines Verfahrens zur zunderarmen Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen, ProcessNet Fachausschuss Hochtemperaturtechnik, 10.-11.03.2016, Erlangen-Nürnberg

C. Schwotzer: Experimental investigation of a concept for scale free reheating of semi-finished metal products – example copper, Aachen-Freiberg-Magdeburger-Kolloqium, 07.-08.10.2015, Magdeburg

C. Schwotzer, M. Schnitzler, H. Pfeifer: Untersuchung der Abgasnachverbrennung für ein Verfahren zur zunderarmen Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen, 27. VDI Flammentag, 16.-17.09.2015, Clausthal-Zellerfeld

T. Lummerich: Technisch-ökonomische Analyse eines Verfahrens zur zunderarmen Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen, Bachelorarbeit, RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik, 09.2015

C. Schwotzer: Verfahren für eine zunderarme Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen, 6. GWI Praxistagung, 14.-15.04.2015, Essen

C. Schwotzer, T. Balkenhol, M. Schnitzler, H. Pfeifer, H. Ackermann, K. Lucka: Experimental investigation of a concept for scale free reheating of semi-finished metal products, European Conference on Industrial Furnaces and Boilers (INFUB), 07.-10.04.2015, Porto, Portugal

C. Schwotzer, M. Schnitzler, H. Pfeifer, H. Ackermann, K. Lucka: Experimental investigation of a concept for scale free reheating of semi-finished metal products, European Combustion Meeting (ECM), 30.03.-02.04.2015, Budapest, Ungarn

C. Schwotzer, M. Schnitzler, H. Pfeifer, H. Ackermann, K. Lucka: Verfahren für eine zunderarme Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen, ProcessNet Fachausschuss Hochtemperaturtechnik, 19.-20.02.2015, Rheinfelden

T. Balkenhol: Experimentelle Untersuchung zum Einfluss der Ofenatmosphäre auf das Oxidationsverhalten von Metall-Halbzeugen, Masterarbeit, RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik, 09.2014


BMWi_Web_de_WBZDas IGF-Vorhaben 17810 N der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Weitere Informationen sowie den Abschlussbericht erhalten Sie über das Forschungskuratorium Maschinenbau e.V., Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt oder info@fkm-net.de