Zunderarme Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen

Verfahrensentwicklung für eine zunderarme Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen

Kurzbeschreibung

Anlagen zur Erwärmung von metallischen Werkstoffen werden unter dem Aspekt einer hohen Energieausbeute und einer hohen Wirtschaftlichkeit häufig mit Erdgas beheizt. Die Brenner werden in der Regel mit Luftüberschuss betrieben, um den vollständigen Ausbrand des Brenngases sicherzustellen. Sauerstoff in der Ofenatmosphäre führt zur Zunderbildung, das heißt zur Oxidation der Oberfläche der Werkstoffe. Speziell bei hohen Temperaturen ist die Zunderbildung signifikant. Der Zunder führt zu einem Materialverlust und bei ungenügender Entzunderung zu Oberflächenfehlern. Abplatzender Zunder im Ofen erfordert die Reinigung der Öfen, da größere Mengen an Zunderablagerungen in den Öfen zu Fehlfunktionen führen.

Im Forschungsvorhaben stehen Kupfer, Kupfer-Nickel-Legierungen und Stähle im Fokus. Geformte Teile aus diesen Werkstoffen sind Bestandteil zahlreicher Produkte für den täglichen Bedarf. So zählen zu den Endprodukten der Stahlindustrie gewalztes Band, Grobblech, Profile, Stabstahl, Walzdraht, Blankstahl, Freiformschmiedestücke sowie gewalzte Scheiben und Ringe. Alle diese Produkte sind, wenn sie durch Warmumformen hergestellt werden, bei einer Vorwärmung in sauerstoffhaltigen Atmosphären vom Zunderproblem betroffen.

Wird die Erwärmung unterstöchiometrisch durchgeführt, d.h. mit Luftmangel, so reduziert sich die Zunderbildung. Es liegt dann aber keine vollständige Verbrennung vor und der Energieinhalt des Brennstoffes wird somit nicht vollständig genutzt. Darüber hinaus enthalten die Abgase giftige Verbrennungsprodukte, wie Kohlenmonoxid. Daher ist eine Nachverbrennung der Abgase erforderlich.

 

Arbeitsziele des Projekts

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch eine gezielte Verbrennungssteuerung den Sauerstoffpartialdruck in der Ofenatmosphäre soweit zu reduzieren, dass die Zunderbildung signifikant vermindert wird. Um dennoch den vollständigen Ausbrand zu gewährleisten, wird das Abgas vor der Luftvorwärmung nachverbrannt. Die Wärme der Nachverbrennung wird über einen Wärmetauscher an die Verbrennungsluft übertragen. Das Konzept kann im Prinzip sowohl bei Zentralrekuperatoren als auch bei Regenerator- oder Rekuperator- Brennern umgesetzt werden.

 

Arbeitsaufgaben des OWI

Am OWI werden begleitende Untersuchungen zur Zunderbildung für einen legierten Stahl, elektrolytisches Cu- und eine CuNi-Legierung in einem Laborofen in synthetischem Abgas durchgeführt. Mit diesen Experimenten wird festgestellt, ob eine zunderfreie Wiedererwärmung im Fall von Cu und der CuNi-Legierung möglich ist. Beim Stahl ist zu klären, wieweit die Luftzahl abgesenkt werden muss, um eine signifikante Zunderminderung zu erreichen.

 

Durchführende Forschungsstellen

  • Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik (IOB) der RWTH Aachen
  • OWI Oel-Waerme-Institut GmbH

 

Projektförderung

Dieses Forschungsvorhaben der Forschungsgemeinschaft Industrieofenbau e.V. (FOGI), Frankfurt ist über das Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) beantragt worden und wird als IGF-Vorhaben 17810 N über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

 

Projektlaufzeit

Dezember 2013 bis November 2015

 

Ansprechpartnerin

Dr. rer. nat. Helen Ackermann
Tel.: 02407/ 9518-140
E-Mail: H.Ackermann@owi-aachen.de