Keep Hight
Ingenieurkeramik zur Energieeinsparung in Thermoprozessanlagen mit hoch intensiver Gasumwälzung bei höheren Temperaturen
Wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Energieeinsparung bei thermischen Prozessen durch hochintensive Gasumwälzung bei Temperaturen bis ca. 1250°C unter Einbezug der Steigerung der Prozesseffizienz und der Produktqualität. Dies schließt sowohl die Wärmebehandlung großflächiger Bänder aus Kupfer (prioritär bis 950°C) und Edelstahl (weiterführend bis 1250°C) als auch die von großvolumigen Produkten aus unterschiedlichsten Werkstoffen ein. Der mehr oder weniger gute Strahlungsaustausch an das Produkt soll durch hochintensive Wärmekonvektion in funktionsbedingter Atmosphäre mit und ohne Schutzgas in Vertikal-, Horizontal- und Schwebebandöfen unterstützt werden. Die bisher herangezogenen Strömungsantriebe auf der Basis von metallischen Superlegierungen erlauben lediglich einen kurzfristigen Einsatz bis max. 1000°C.
Bild 1: Halbaxialer Ventilator |
Nach der Etablierung von keramischen Mantelstrahlrohren, keramischen Rekuperatorbrennern und keramischen Heißlagern ist aufgrund des zwischenzeitlichen Fortschritts in der Keramiktechnologie und in der werkstoffgerechten Konstruktion sowie aufgrund optimal abstimmbarer Anlagenbedingungen die Zeit gereift, die verbliebene Lücke der hochintensiven Gasumwälzung und des Prozessgutschwebetransports bei bisher nicht erreichbaren Temperaturen bis 1250°C durch Einsatz geeigneter Ingenieurkeramiken zu schließen. |
Zu den primären Zielen gehören die Energieeinsparung über reduzierte Heizteillängen bei gleichem Durchsatz, die Erweiterung der Leistungsgrenzen über verbesserte Qualitäten und gesteigerten Durchsatz sowie die Ressourcenschonung über verbesserte Standzeiten.
| Diese Ziele sollen durch Ventilatoren aus Keramik oder in Hybridbauweise Keramik/Metall mit zugehöriger Lagerung und gegebenenfalls durch Kombination mit vollkeramischen Heizregistern realisiert werden. Als Ventilatorbauweisen werden für die Abdeckung von unterschiedlichen Druck/Volumenstrom-Profilen die Bauweisen Halbaxial- und Trommelläufer favorisiert, wobei der Trommelläufer auch als Heißgas-Injektor betrieben werden kann. Wegen der Umsetzungsfreundlichkeit in unterschiedlich komplexe und unterschiedlich große Bauteile wird das schwindungsarme garnierfähige siliziuminfiltrierte Siliziumkarbid (SiSiC) bevorzugt. Um die Vorteile dieser Ventilatoren ausschöpfen zu können, sollen bereits etablierte keramische Mantelstahlrohre in den Glühprozess integriert werden. |
Bild 2: Trommelläufer |
Neben der Energieeinsparung durch Wirkungsgraderhöhung eröffnet ein solches System auch die Möglichkeit, aufgrund der erzielbaren höheren Aufheizraten neue Kupferlegierungen bzw. auch Stahllegierungen in Vertikalöfen und Schwebebandöfen zu behandeln.
Bild 3: Regeneratives Strahlrohr |
Das Heizregister ist als Rohrbündelanordnung von Strahlheizrohren vorgesehen, die mit konvektiver Querströmung beaufschlagt werden. Zum Einsatz kommen Brenner, die mit flammloser Oxidation und ohne Flammenüberwachung arbeiten. Trotz der hohen Verbrennungsluft-Vorwärmung wird ein unzulässiger NO x-Ausstoß vermieden. Für die Verbrennungsluftvorwärmung sind Regeneratorbrenner aufgrund der besseren Energieausrüstung günstiger als Rekuperatorbrenner. |
Zu den wesentlichen Aufgabenfeldern des IWM gehören:
- Konzeptdefinition und Werkstoffauswahl,
- FEM-Modellierung des Kraft- und Wärmeflusses,
- Synthese von Eigen-, Verbund und Lastspannungen,
- werkstoffgerechte, integrative Konstruktion sowie
- Kennwertermittlung, Bauteilauslese und Qualitätssicherung.
Ausgehend von dem oben genannten Gesamtziel wurde das in Bild 4 dargestellte Projektkonsortium gebildet.
Bild 4: Verbund- und Begleitpartner des KEEP HIGHT-Projektes
Federführung IWM – RWTH
Kontakt
| Name | Telefon | |
| Dr.-Ing. E. Pfaff | +49 (0) 241 80-967 04 | e.pfaff@iwm.rwth-aachen.de |
