ANlAGENTECHNOlOGIE Leichtmetall - Otto Junker GmbH

Ausgabe 16 | Juli 2009 | www.otto-junker-group.com
We understand Metals
Prozessoptimierung durch numerische
Simulation
� Strömungsführung
heißer Gase
� Wirkungen elektro-
magnetischer Felder
� Erstarrung von Metallschmelzen
News √

INHAlT
Aktuelles 2
� Statement der Geschäftsführung
� Uwe Zulehner neuer INDUGA-
Geschäftsführer
Innovation 3/4
� Neuartiger Bandschwebeofen – Optimierung
durch Einsatz der numerischen und physikalischen
Strömungssimulation
� Erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem
Institut für Industrieofenbau
(RWTH Aachen)
Anlagentechnologie ...
Eisen & Stahl 5/6
� Numerische Simulation im Einsatz zur Vermeidung
von Metallauswurf bei Tiegelöfen
� Neugegründete Zeitzer Guss GmbH setzt
OTTO JUNKER Schmelzanlage ein
leichtmetall 7/8
� Weitere OTTO JUNKER Anlage für ELVAL
� Lambdaregelung – aktive Brennstoffregelung
für Bolzenöfen spart Energie und
schont die Umwelt
Kupfer 9/10
� Mit Sicherheit kontrollierte Atmosphäre –
Banddurchlaufglühanlagen mit einer
Schutzgasatmosphäre bis zu 25 % H 2
� INDUGA Gießofenanlage für Messing
Produktion ...
Edelstahlgießerei 11
� Die rechnerische Simulation – Das moderne
Handwerkszeug der Gießer
Titelthema 12
� Langjährige Erfahrungen und moderne
Simulationsverfahren sichern den Erfolg
Impressum
Herausgeber: OTTO JUNKER GmbH
Jägerhausstraße 22, D-52152 Simmerath
Redaktion: Dr. Dietmar Trauzeddel
Fotos: OTTO JUNKER Group Archiv, INDUGA,
Zeitzer Guss GmbH
Konzept & Gestaltung: Atelier Beißel, Schmithofer
Straße 200, 52076 Aachen, Telefon: 0800 / 54 64 000 20
Erscheinungsweise: halbjährlich
Bei Fragen zum Inhalt der „OTTO JUNKER News”
wenden Sie sich bitte an Dr. Dietmar Trauzeddel,
OTTO JUNKER GmbH, Telefon: +49 2473 601 342.
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit ausdrücklicher
Genehmigung der Redaktion.
2
Sehr geehrte Kunden und Geschäftspartner,
sehr geehrte Mitarbeiterinnen
und Mitarbeiter!
Wesentliche Sektoren der Industrie, wie
Metall, Maschinen- und Anlagenbau und
Automotive, erleben zurzeit die Auswirkungen
einer schweren Krise weltweiten
Ausmaßes.
Neben der unmittelbaren finanziellen,
strukturellen und betriebswirtschaftlichen
Bewältigung des konjunkturellen Abschwungs,
kommt es uns
auch darauf an, die strategisch
richtigen Weichen für
die Zukunft zu stellen.
Neben effizienten und zielgerichtetenGeschäftsprozessen
ist die Entwicklung von
Technologien Basis und
Motor für eine langfristig erfolgreiche
Tätigkeit unseres
Unternehmens. Das war in den ersten
85 Jahren seit der Gründung unseres
Unternehmens so und wird auch in Zukunft
so bleiben – ja, es gehört zu unserem
Selbstverständnis, durch hervorragende
Technik zu angemessenen Kosten den
Wettbewerb mitzugestalten.
Diese Innovation wird getrieben durch
den Anspruch unserer Mitarbeiter sowie
das tiefgehende Verständnis der technischen
und kommerziellen Aufgabenstellungen
und durch enge Kontakte mit
unseren Kunden.
Als Handwerkszeug nutzen wir heute
auch die numerische Simulation:
Mathematische Modelle
sind – über den passenden
Ansatz von Randbedingungen
– die Grundlage
für die Ausgestaltung konkreter
industrieller Lösungen,
die Theorie die Grundlage
für die Praxis.
Wir möchten Ihnen in diesem Heft gerne
einige interessante Beispiele vorstellen.
Ihr
Hans Rinnhofer
Uwe Zulehner neuer INDUGA-Geschäftsführer
Herr Dipl.-HTL-Ing. Uwe Zulehner ist seit 1.
Juli 2009 neuer Geschäftsführer der INDUGA
Industrieöfen und Giesserei-Anlagen GmbH
& Co. KG in Köln. Er ist für Vertrieb und Technik
der Gesellschaft zuständig, die seit Anfang
2006 eine Beteiligung der OTTO JUNKER
GmbH ist. In seiner Funktion wird er zusammen
mit Herrn Markus Schmidt, der die kaufmännische
Geschäftsführung innehat, die
Geschäfte der INDUGA führen.
Uwe Zulehner absolvierte seine Ingenieursausbildung
an der Höheren Technischen
Lehranstalt für Bergbau und Metallurgie in
Leoben/Österreich. Seine industrielle Laufbahn
begann er 1997 mit der Einstellung als
Betriebsassistent im Schmelzbetrieb der
Firma Breitenfeld Edelstahl in Mitterdorf/
Österreich. 1998 - 2001 arbeitete er bei der
RHI Refractories AG mit Standort in Wien/
Österreich als Marketing- und Produktmanager
für funktionale Feuerfestprodukte vorwiegend
im Bereich Stahl-Konverter.
Ein weiterer Meilenstein seines Berufslebens
war die Tätigkeit im Geschäftsbereich Kupfer-
Schmelzanlagen bei MAERZ-Gautschi
Industrieofenanlagen GmbH mit Hauptsitz in
Düsseldorf/Deutschland von 2001 - 2007, zunächst
als Vertriebsleiter später als Leiter des
Geschäftsbereiches Kupfer. Aus dieser Zeit
stammen auch Veröffentlichungen aus dem
Bereich Ofenbau in der Sekundärkupferraffination
sowie zwei erteilte Patente. Herr
Zulehner verbrachte während seiner Zeit bei
MAERZ-Gautschi gemeinsam mit seiner
Familie 3 Jahre in Brisbane/Australien und
bearbeitete den internationalen Markt. Zuletzt
war Herr Zulehner bei der Küttner Gruppe als
Prokurist der Küttner Non Ferrous GmbH in
Essen/Deutschland tätig.
„Ich freue mich, meine Tätigkeit bei der Firma
INDUGA aufzunehmen zu können und trotz
der momentan schwierigen Marktverhältnisse
die mir übertragenen Aufgaben im Sinne

OTTO JUNKER Innovation
Neuartiger Bandschwebeofen – Optimierung durch Einsatz
der numerischen und physikalischen Strömungssimulation
Beschrieben wird die Entwicklung eines neuartigen Bandschwebeglühofens,
die in enger Zusammenarbeit mit dem
Institut für Industrieofenbau der RWTH in Aachen erfolgte.
Ziel dieser Entwicklung war die Konstruktion eines Ofens,
der mit höheren Temperaturen und größeren Banddicken
gefahren werden kann, als dies bisher möglich war.
Zum Tragen des Bandes im Ofen ist ein bestimmter Totaldruck
aus dem Düsensystem erforderlich, der mittels Ventilatoren
erzeugt wird. Es liegt auf der Hand, dass dicke Bänder hohe
Drücke erfordern, um ein tragfähiges Gaspolster aufzubauen.
Außerdem wird der Energieverbrauch überwiegend durch die
Gasströmungsgeschwindigkeit und den Staudruck bestimmt.
Der erforderliche hohe Druck für den Transport der dickeren
Bänder stößt an die Leistungsgrenzen der Ventilatoren, so dass
eine andere Lösung gefunden werden musste.
Die Grundidee bestand darin, zwei Ventilatoren in Reihe zu
schalten, wie dies z. B. aus der Pumpentechnik bekannt ist.
Für den Anwendungsfall wurde eine Variante mit zwei Ventilatoren
für das untere und einem Ventilator für das obere
Düsenfeld gewählt, siehe Bild 1. Der Vorteil dieser Ausführung
liegt darin, dass Ober- und Unterteil des Ofens, d. h.
die Düsensysteme, voneinander unabhängig sind. Dies
schafft mehr Freiheit für eine stabile Bandführung, etc.
des Unterneh-
mens und der
Belegschaft der
INDUGA und der
OTTO JUNKER
Gruppe zu erledigen.
Als vorrangiges
Ziel sehe ich
es, gemeinsam mit der Belegschaft zur nachhaltigen
Stärkung unserer Position in den
etablierten und traditionell bearbeiteten Geschäftsfeldern
beizutragen sowie die weitere
Positionierung der INDUGA als Technologieunternehmen
im Kupferbereich vorzunehmen.
Als maßgebliche Schlüsselgröße für
eine vertrauensvolle und nachhaltig erfolgreiche
Zusammenarbeit sehe ich grundsätzlich
den persönlichen Kundenkontakt, das kompetente
Verständnis der Aufgabenstellungen
für den Anlagenbereich wie auch für das After
Sales Geschäft, ebenso wie eine konstant
gute Produktqualität.", sagt Uwe Zulehner.
Der obere Ventilator saugt das Schutzgas aus dem Ofeninnenraum
an und bläst es in Richtung des zweiten Ventilators. Da der
Druck vor dem zweiten Ventilator nun durch den ersten Ventilator
erhöht wurde, muss der zweite Ventilator den Druck nur noch
geringfügig erhöhen, um den am Düsenfeld benötigten Druck zu
erreichen.
Erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem Institut
für Industrieofenbau (RWTH Aachen)
Aus der vor fast 10 Jahren begonnenen
Zusammenarbeit bei ausgewählten Entwicklungsprojekten
ist inzwischen eine
enge, umfassende Kooperation entstanden.
Das gemeinsame Ziel besteht darin,
an der weiteren Optimierung bestehender
Anlagenkonstruktionen zu arbeiten, für
spezielle Aufgabenstellungen unserer
Kunden maßgeschneiderte Lösungen zu
konzipieren und innovative Produktideen
zu kreieren.
Alle Aktivitäten werden regelmäßig im
„Lenkungskreis“ besprochen – bei den
hier stattfindenden Diskussionen zwischen
den Mitarbeitern des IOB unter Leitung
von Prof. Dr. Herbert Pfeifer und den
Fachkräften des Geschäftsbereiches Wärmebehandlungsanlagen
sind oftmals neue
Ideen geboren worden. Ist eine Aufgaben-
Bild 1: Lösungsvariante mit zwei in Reihe geschalteten Ventilatoren
stellung definiert, so führt das IOB in der
Regel computergestützte Simulationsrechnungen
an CFD-Modellen durch. Falls
erforderlich, werden zur Überprüfung der
Ergebnisse Versuchsstände aufgebaut,
um mit den Erkenntnissen die Rechenmodelle
zu verbessern.
Für den Erfolg spricht, dass aus den Projekten
eine Reihe von Anlagenkonstruktionen
hervorgegangen sind, die heute den
„Stand der Technik“ bestimmen.
Beispielhaft zu erwähnen sind die energieeffizienten
Strömungsführungs- und
Beheizungssysteme im Bereich der Wärmebehandlung
von Aluminiumhalbzeugen
und der Hochtemperaturerwärmung von
Kupferbändern.
Günter Valder (+49 2473 601 328)
3

4
OTTO JUNKER Innovation
Um sich von den Möglichkeiten dieses Lösungsansatzes ein Bild
zu machen, wurden umfangreiche numerische Strömungssimulationen
durchgeführt. Die Anlagenausführung mit den beiden in
Reihe geschalteten Ventilatoren wurde dann Schritt für Schritt
an die Ergebnisse der Simulation angepasst.
In Bild 2 ist der Strömungsaufbau der Anlage vor der Opti-
mierung dargestellt (linkes Bild). Hier kann eine Strömungsblase
an der Druckseite des zweiten Ventilators sowie eine
ungleiche Strömung an der Austrittsseite des Systems festgestellt
werden. Diese Mängel konnten durch konstruktive
Verbesserungen beseitigt werden. Das Ergebnis ist der optimierte
Strömungsaufbau.
Ähnliche Untersuchungen wurden auch für die Druckverteilung
im Ventilatorsystem durchgeführt. Wie erwartet wurden die Möglichkeiten
zur Druckerhöhung durch die numerischen Simulationen
bestätigt. Für weitere Untersuchungen wurde die Entschei-
Bild 2: Strömungsaufbau vor und nach der Optimierung
Aktuelles
Standard-Kompakt-Öfen (MFT SC)
Neue Generation von Mittelfrequenz-
Tiegelöfen entwickelt
Die neue Ofengeneration wurde für den
Einsatz im mittleren Leistungsbereich
konzipiert. Das Wissen aus dem erfolgreichen
Einsatz der OTTO JUNKER
Mittelfrequenzschmelzanlagen bildete
die Grundlage der Neuentwicklung.
Mit Hilfe moderner Berechnungsverfah-
ren und der numerischen Simulation
wurde die gesamte Ofenkonstruktion
überprüft und optimiert.
Die neue Ofengeneration ist gekenn-
zeichnet durch eine energie- und kosteneffiziente
Konstruktion und umfasst
den Bereich von 2 bis 6 Tonnen Fassungsvermögen
(bezogen auf Gusseisen).
Die elektrische Leistungsaufnahme
liegt zwischen 1 und 4,8 MW. Neben
vielen Detailverbesserungen kommt
dung getroffen, ein Kaltmodell im Maßstab 1:1 herzustellen.
Mit Hilfe des Kaltmodells wurde eine physikalische Strömungssimulation
durchgeführt. Die Übertragung vom Kaltmodell zum
realen Ofen erfolgte anhand bekannter Ähnlichkeitstheorien
(Reynold, etc.). Die Kennlinien des Ofens und der beiden Ventilatoren
sowie die Anlagenkennlinie wurden gemessen und mit
den Ergebnissen der numerischen Simulation abgeglichen. Die
Ergebnisse dieser Untersuchungen waren die Grundlage für die
Konstruktion und den Bau des neuartigen horizontalen Bandschwebeofens.
Die erfolgreiche Inbetriebnahme des neuartigen Ofens bei
einem führenden Hersteller von Kupferhalbzeugen war die
Bestätigung für die gelungene Entwicklungsarbeit (Bild 3).
Bild 3: Der neuartige Bandschwebeofen
Hansjörg Hoppe (+49 2473 601 284)
Günter Valder (+49 2473 601 328)
auch ein spezieller Schmelzprozessor
mit Touchscreen-Bedienung zum Einsatz
(M2F Touch Control).
Die Konstruktion der neuen Öfen ist
abgeschlossen, so dass ab sofort der
Verkauf gestartet wurde.
Zögern Sie nicht mit Ihren Fragen zu
der neuen Ofengeneration. Bitte
wenden Sie sich dazu an Herrn
Donsbach (+49 2473 601 207).

ANlAGENTECHNOlOGIE Eisen & Stahl
Numerische Simulation im Einsatz zur Vermeidung von
Metallauswurf bei Tiegelöfen
Beim Schmelzen von Gusseisen werden bei leistungsstarken
Mittelfrequenzöfen (ca. 1.000 kW/t Fassungsvermögen)
in der Überhitzungsphase gelegentlich Metallspritzer
an der Badoberfläche beobachtet. Es wird festgestellt, dass
dieses Phänomen vorzugsweise bei vollem Ofen, das heißt
bei einem Badstand deutlich oberhalb der Oberkante der
Stromspule des Ofens auftritt. Eine Ursache für die Spritzerbildung
ist die von der Temperatur und dem Kohlenstoffund
Siliziumgehalt der Schmelze abhängige Kochreaktion:
C + O � {CO}
2C + (SiO 2 ) � Si + 2{CO}
Diese CO-Gasbildung verläuft, insbesondere beim Schmelzen
von dünnwandigem und verrostetem Einsatzmaterial und somit
hoher Sauerstoffbelastung der Schmelze, bei Erreichen der
Kochtemperatur teilweise sehr heftig ab.
Um die exakten Zusammenhänge zu kennen und entgegenwir-
ken zu können, wurde der Energie-, Wärme- und Stofftransport
im Mittelfrequenzofen mittels gekoppelter numerischer Strömungs-
und Temperaturfeldberechnung genauer untersucht.
Es zeigte sich, dass hohe Strömungsgeschwindigkeiten im oberen
Tiegelbereich und eine ausgeprägte Badkuppe das Auftreten
von Metallspritzern verhindern.
Es ist davon auszugehen, dass im Normalfall die gebildeten CO-
Blasen durch die starke Badströmung mitgerissen und schließlich
an der ausgeprägten Badkuppe in die Atmosphäre entweichen.
Die Schmelze entgast permanent ohne Störungen durch
Metallspritzer. Kann die Schmelze dagegen nicht permanent
entgasen, so kommt es zur Bildung größerer Gasblasen, die
schließlich soviel Auftrieb entwickeln, um schlagartig an die Badoberfläche
aufzusteigen und diese dann mit der Bildung von
Metallspritzern zu durchstoßen. Die durchgeführten Tests und
Beobachtungen an Tiegelofenanlagen in mehreren Gießereien
bestätigten die Richtigkeit dieser Aussagen.
Mit dieser Untersuchung war die Grundlage geschaffen, um die
Konstruktion und Fahrweise der Tiegelöfen so zu gestalten,
dass der Metallauswurf bei stark sauerstoffbeladenen Schmelzen
vermindert wird.
Bei der Neuplanung von Anlagen werden Ofenleistung, Betriebsfrequenz
und Ofenkonstruktion hinsichtlich der Spulenanordnung
diesbezüglich optimal gewählt. Ferner besteht die Möglichkeit,
durch Einsatz einer Frequenzumschaltung (Multifrequenz-
Technologie) den Ofen in der Überhitzungsphase mit niedrigerer
Frequenz zu betreiben, was zu einer Verstärkung der Badkuppe
bzw. der Oberflächenströmung führt und so das Auftreten von
Spritzern verhindert.
Tiegelofen mit ausgeprägter Badkuppe und hoher Strömungs-
geschwindigkeit (links: Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit
in m/s, rechts: Berechnung Temperaturfeld in °C)
In ähnlicher Weise stellt sich die Problematik beim Einsatz von
verzinktem Stahlschrott und der damit verbundenen Bildung von
Zinkdampfblasen in der Schmelze dar. Auch hier hilft eine „maßgeschneiderte“
Badbewegung, die Gasentwicklung zu beherrschen.
Wilfried Schmitz (+49 2473 601 441)
Aktuelles
Weitere Rinnenofenanlage für italienische Gießerei
Die renommierte Gießerei Fonderia Corrà in Thiene
erteilte OTTO JUNKER den Auftrag zur Lieferung einer
85-t-Rinnenofenanlage für den Einsatz im vorhandenen
Kupolofenschmelzbetrieb. Über ein Rinnensystem wird
das flüssige Eisen von dem Kupolofen kontinuierlich in
den Speicherofen überführt.
Der Rinnenofen mit einem Gesamtfassungsvermögen
von ca. 100 Tonnen wird von einer 1.000 kW IGBT-Umrichteranlage
mit Leistung versorgt. Damit kann in einer
Stunde eine Menge von 21,2 t flüssigem Eisen um 100 K
überhitzt werden. Der Schmelzprozessors JOKS in Verbindung
mit einer genauen Gewichtserfassung sorgen
für eine exakte Temperatur- und Prozessführung.
Zurzeit wird intensiv an der Fertigung der Anlage gearbeitet;
die Lieferung ist für Juli diesen Jahres vorgesehen.
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ANlAGENTECHNOlOGIE Eisen & Stahl
Neu gegründete Zeitzer Guss GmbH setzt OTTO JUNKER
Schmelzanlage ein
Die erfolgreiche Silbitz Guss GmbH
gründete in Zeitz ein neues Gießereiunternehmen
für die Herstellung großer
Handformgussteile bis zu einem
Einzelstückgewicht von 30 t, die vor
allem im Bereich Energietechnik (Kraftwerks-/Windkraftanlagen)
zum Einsatz
kommen sollen. Nur 20 km vom Stammsitz
des Unternehmens entfernt, entstand
auf dem Firmengelände des
ehemaligen Traditionsunternehmens
ZEMAG Zeitz eine komplette neue
Gießerei.
Der Auftrag für die Lieferung der Schmelzanlage
wurde Mitte 2008 an OTTO
JUNKER erteilt und im April dieses Jahres
wurde sie erfolgreich in Betrieb
genommen.
Unter Leitung der beiden Geschäftsführer,
Herrn Dr. Wolfgang Maruschky und Herrn
Dr. Frank Göttert, fand am 25. Juni 2009
die festliche Einweihungsfeier der neuen
Gießerei statt. Der Ministerpräsident des
Landes Sachsen-Anhalt, Herr Professor
Dr. Wolfgang Böhmer, drückte den Start-
Der neue 25-t-Tiegelofen in Aktion
Festliche Einweihungsfeier der neuen Gießerei am 25. Juni 2009
knopf an der neuen Ofenanlage, nachdem
traditionsgemäß der erste Abguss durch
Herrn Dr. Göttert eingeläutet worden war.
Der Schmelzbetrieb ist ausgestattet
mit einer 25-t-MF-Schmelzofenanlage.
Die elektrische Nennleistung von
6.000 kW ermöglicht eine stündliche
Schmelzleistung von 11,5 t.
Der Stromverbrauch liegt ofenseitig
bei 505 kWh/t (bezogen auf eine
Schmelzetemperatur von 1.500 °C).
Der Ofen ist mit einer Rückwärtskippeinrichtung
und einer Abschlackschnauze
ausgerüstet, um das Abziehen der Schlakke
für den Bediener zu leichtern.
Zusätzlich kommt dafür noch ein Schlakkengreifer
zum Einsatz. Moderne, beidseitig
schwenkbare Absaughauben sorgen
für die vollständige Erfassung der Ofengase
und -stäube.
Mit Hilfe einer Wiegeinrichtung erhält der
Schmelzprozessor JOKS die erforderlichen
Informationen, um die
Energiezufuhr steuern zu können
und jede Überhitzung zu
vermeiden.
Zum lieferumfang gehören
weiterhin eine längs verfahrbare
Chargierrinne und
die komplette Wasserrückkühlanlage.
Die Wasserrückkühlanlage
ist mit
getrennten Systemen für
den Ofenkreis und den
Schaltanlagenkreis ausgeführt.
Im Ofenkreis kommt
der von OTTO JUNKER entwickelte
glykolfreie luft/
Wasser-Kühler zum Einsatz.
Jörg Andrejewski
(Tel. +49 2473 601 208)

ANlAGENTECHNOlOGIE Leichtmetall
Weitere OTTO JUNKER Anlage für ELVAL
Im Walzwerk Inofita des griechischen
Aluminiumproduzenten ElVAl sind
bereits seit Jahren mehrere Ofenanlagen
von OTTO JUNKER erfolgreich im
Einsatz: Eine Kammerofenanlage mit
zwei Öfen zum Glühen von Bandbunden,
einer Kühlkammer und einer
Chargiermaschine sowie zwei Stoßofenanlagen
zum Anwärmen und
Homogenisieren von Walzbarren. Im
Frühjahr 2009 wurde der Auftrag über
die lieferung eines weiteren Kammerofens
für die Wärmebehandlung von
Bandbunden an OTTO JUNKER erteilt.
Der neue Kammerofen ergänzt die bestehende
Anlage, so wird die vorhandene
Chargiermaschine zum Be- und Entladen
des neuen Ofens eingesetzt. Auch die
bestehenden Kühlkammern werden für
den Betrieb des neuen Ofens genutzt.
Der neue Ofen ist für die Wärmebehandlung
von Bandmaterial aus verschiedenen
Aluminiumlegierungen und wechselnden
Banddicken von 0,2 bis zu
12,7 mm vorgesehen und muss daher die
notwendige Flexibilität aufweisen. So reichen
die Glühtemperaturen von 150 bis
Vorhandene OTTO JUNKER Ofenanlage bei ELVAL
zu 580 °C und die Durchsatzleistung von
2,4 bis 4,4 t/h. Der Ofen kann mit 3 Maxicoils
bis zu 2,6 m Durchmesser oder
4 Standardbunden beschickt werden und
das maximale Chargengewicht liegt bei
90 t. Der indirekte, mit Erdgas beheizte
Kammerofen ist für den Betrieb unter einer
Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff und
für Glühungen unter Luft ausgelegt.
Der Ofen ist in drei Ventilatorenfelder
eingeteilt und besitzt pro Ventilatorfeld
jeweils 2 selbstrekuperierende Strahlrohrbrenner.
Die Ventilatoren sind in der
Ofendecke angeordnet und die Heizkanäle
mit den eingebauten Doppel-P-förmigen
Wärmeaustauschrohren seitlich
vom Ofennutzraum eingebaut.
Die Öfen sind mit dem bewährten patentierten
Düsenfeld zur Erzielung kurzer
Aufheizzeiten bei gleichmäßiger Temperaturverteilung
ausgerüstet. Das eingesetzte
Dralldüsensystem mit sternförmig
angeordneten Schlitzdüsen und die drei
frequenzgeregelten Umwälzventilatoren
gewährleisten eine schnelle, gleichmäßige
und energiesparende Erwärmung.
Damit kann mit höherer Ofentemperatur
gefahren werden, ohne die Gefahr örtli-
cher Überhitzungen an den Bunden. Die
Stirnseitentemperatur der Bandbunde
wird durch Andrückthermoelemente neuer
Bauart überwacht, um auch eine Charge
ungleichmäßig großer Bunde möglichst
gleichmäßig aufheizen zu können.
Die Regelung der Temperatur erfolgt in
jedem Ventilatorfeld rechts- und linksseitig
getrennt, so dass sechs voneinander
unabhängige Regelzonen vorhanden
sind. Damit wird, in Verbindung mit der
hochkonvektiven Erwärmung, nach Beendigung
der Aufheizzeit eine Temperaturgenauigkeit
im Material von ± 5 K bei
einer Temperatur des Glühgutes von
150 - 580 °C erreicht.
Zurzeit wird intensiv an der Detailkonstruktion
der Ofenanlage gearbeitet,
die Auslieferung an den Kunden ist für
Ende dieses Jahres vorgesehen.
Höhere Produktivität bei gleichzeitig
niedrigerem Energieverbrauch war
ausschlaggebend für die Entscheidung
für OTTO JUNKER.
Bernd Deimann (Tel. +49 2473 601 241)
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ANlAGENTECHNOlOGIE Leichtmetall
Lambdaregelung – aktive Brennstoffregelung für Bolzenöfen
spart Energie und schont die Umwelt
Die erste erfolgreich unter Betriebsbedingungen
eingesetzte luft-/Gasregelung
für gasbeheizte Industrieöfen hat
nach mehrmonatiger Erprobung im
kommerziellen Mehrschichtbetrieb an
einem gasbeheizten Schnellerwärmungsofen
für Aluminium-Pressbolzen
bei der Firma Hydro in Uphusen
sehr positive Ergebnisse geliefert.
Eine Gaseinsparung im Bereich von
durchschnittlich größer 10 % wurde
sicher erreicht, die andererseits natürlich
auch als leistungssteigerung der
Anlage genutzt werden kann.
Die innovative Entwicklung trägt hier den
bislang vernachlässigten, jedoch sich stetig
verändernden Größen bei der Gas-
Luftmischung Rechnung. Umgebungsbedingungen,
Lufttemperatur und -druck,
Luftfeuchtigkeit, Gasqualität und der
effektive Leistungsbedarf sind Kenngrößen,
die zur Ofensteuerung gemessen
und ausgewertet werden.
Die Firma HIGH-TEC Engineering GmbH
hat ihre Entwicklungsbemühungen für
gasbeheizte Industrieöfen auf Gasmischer,
Brennerdüsen und diese bereits
patentierte Lambdaregelung gerichtet.
Die OTTO JUNKER GmbH ist exklusiver
Vertragspartner für Anwendung, Vertrieb
und Service. Gemeinsame Versuche und
Projekte haben eine führende Marktposition
ergeben.
Die aus dem Motorenbereich bekannte
Lambdaregelung hat erst durch die neu
entwickelte Nutzungsmöglichkeit an „offenen“
Gasbeheizungen diese Anwendung
ermöglicht. Vergleichsmessungen vor
und nach dem Einbau der Lambdaregelung
haben Verbesserungen bzw. Energieeinsparungen
von durchschnittlich
mehr als 10 % ergeben.
Der erforderliche Umbau (jeweils pro
Regelzone des Ofens) beschränkt sich
auf den Einbau des Pilotbrenners mit
Temperatur Absolut & Gradient
integrierter Lambdamesssonde zur
Ermittlung der aktuellen Messwerte,
eines motorgeregelten Gasstellglieds
und die Einbindung in die Ofensteuerung.
Dieses Verbesserungspotential erreichten
wir durch den Einbau der Lambdaregelung,
neuer Brennerdüsen und Mischer,
die natürlich genau auf das Gesamtkonzept
abgestimmt sind.
Markante Verbesserungen durch den
Einsatz der Lambdaregelung:
� stabile und gleichmäßige Verbrennungsqualität
� leistungsgerechte Ofenführung im
Teil- und Volllastbereich
� Reduzierung des Energiebedarfs
oder Steigerung der Ofenleistung
� Verbesserte und gleich bleibende
Abgasqualität durch optimale Verbrennung.
Kosten und Aufwand für eine solche
Umbaumaßnahme stehen in einem
wirtschaftlichen Verhältnis zum Ergebnis,
wobei die Emissionsreduzierung
noch nicht berücksichtigt wird.
Oliver Flamm (+49 2473 601 211)
Aktuelles
Dritter Gießofen für Fata S.p.A
(Italien)
Für das Gießen und Warmhalten
des flüssigen Aluminiums aus der
Elektrolyse erhielt OTTO JUNKER
den Auftrag zur Lieferung eines
weiteren Herdofens aus dem
THERMCON-Programm. Der gasbeheizte
Ofen hat ein Fassungsvermögen
von 66 Tonnen und ist
mit einer hydraulisch betätigten
Kippeinrichtung ausgerüstet. Zum
Lieferumfang gehören außerdem
eine Tiegelkippeinrichtung zum
Einfüllen des flüssigen Aluminiums
sowie das Rinnensystem mit Laser-
Niveauregelung. Kontinuierlich erfolgt
der Abguss aus dem Ofen in
das Rinnensystem, wobei die
Gießleistung bis zu 20 t/h betragen
kann.
Der erfolgreiche, langjährige Produktionseinsatz
der beiden vor
Jahren installierten THERMCON-
Öfen in Projekten von FATA war
entscheidend für die erneute
Bestellung.

ANlAGENTECHNOlOGIE Kupfer
Mit Sicherheit kontrollierte Atmosphäre – Banddurchlaufglüh-
anlagen mit einer Schutzgasatmosphäre bis zu 25 % H 2
Die OTTO JUNKER GmbH ist Marktführer
in der Herstellung von Banddurchlaufanlagen
zur Behandlung von Bändern
aus Kupfer und Kupferlegierungen.
Für ein breites Spektrum von extrem dünnen
bis hin zu dicken Bändern liefert
OTTO JUNKER die jeweils passenden
kompletten Ofen- und Maschinenkonzepte
für das Rekristallisationsglühen sowie
Lösungsglühen und die Oberflächenbehandlung
von Bändern aus Kupfer und
Kupferlegierungen in kontinuierlich arbeitenden
Durchlaufanlagen.
Für Banddicken im Bereich von 0,05 mm
bis 2,0 mm kommen bei Temperaturen
bis zu 850 °C (mit Einschränkungen bis
zu 900 °C) Bandschwebeöfen für den
Glühprozess zum Einsatz.
Das kontinuierliche Durchlaufen des
Bandes in Bandschwebeöfen als definierter
Kurzzeitglühprozess ermöglicht
eine homogene Temperaturverteilung
im Band und somit gleichmäßige
Materialeigenschaften.
Zur Sicherstellung der heute gestiegenen
Produktions- und Qualitätsanforderungen
an bestimmte Produkttypen liefert die OTTO
JUNKER GmbH auch Bandschwebeöfen
zum Betrieb unter einer Schutzgasatmosphäre
mit einem Wasserstoff/Stickstoffgemisch
von maximal 25 % H2 in N2 .
Vorteile einer Schutzgasatmosphäre mit
25 % H2 in N2 liegen, gegenüber herkömmlichen
Anlagen mit bis zu maximal
5 % H2 , hauptsächlich in der gesteigerten
Konvektionswärmeübertragung sowie der
deutlich stärkeren Reduktionskraft gegen
Oxidationen und dem Erhalten einer deutlich
saubereren Materialoberfläche.
Neben den produktionstechnischen Vorteilen
ergeben sich jedoch durch die
brennbaren und explosiven Eigenschaften
einer Schutzgasatmosphäre mit 25 %
H2 erhöhte Anforderungen an die Konstruktion
des Ofens mit dem Schwerpunkt
der Explosionsvermeidung.
In enger Zusammenarbeit von OTTO
JUNKER mit dem TÜV Nord wurde eine
Gefährdungsbeurteilung erarbeitet und
über Jahre weiterentwickelt. Diese Gefährdungsbeurteilung
berücksichtigt die
unterschiedlichen Ofenzustände sowie
die Stoffeigenschaften der Schutzgas-,
Inertgas- und Luftatmosphären innerhalb
der möglichen Konzentrations- und Temperaturbereiche.
Hieraus ergibt sich ein
Explosionsschutzkonzept mit notwendigen
Explosionsschutzmaßnahmen als
Teil der Konstruktionsgrundlagen des
Bandschwebeofens.
Das Explosionsschutzkonzept wird grundlegend
durch eine hohe Dichtheit des
Ofens gegenüber der Umgebungsatmosphäre,
der generellen Vermeidung von
Explosions-Bereichen und der Atmosphärentrennung
von Luft und 25 % H2 in N2 (Inertisierungskonzept) erreicht. Weiterhin
wird das Explosionsschutzkonzept in der
Auslegung der Steuerungs- und Analysetechnik
(Apparatekonzept) weitergeführt.
Hier sind u. a. die Ausführung und Auswertung
der Sauerstoff- oder auch Ofenraumdrucküberwachung
von großer Bedeutung.
Der Aufbau und die Auswahl
Banddurchlaufanlage mit Ofeneinheit
sowie die Projektierung aller Apparate
entsprechen der im Explosionsschutzkonzept
geforderten Sicherheitskategorie.
Durch die Vor-Ort-Abnahme der
Schutzfunktionen beim Kunden und
Freigabe durch den TÜV Nord wird das
Sicherheitskonzept abgerundet und
dem Kunden kann eine umfassend
geprüfte und sichere Anlage übergeben
werden.
Die Projektierung der Ofen-Steuerungstechnik
und Peripherieanbindung basiert
neuerdings auf dem Einsatz eines fehlersicheren
Automatisierungssystems der
Fa. Siemens. Vorteile dieser Ausführung
der Steuerungstechnik liegen in der vor
Inbetriebnahme durchführbaren Simulation
der programmierten Schutzfunktionen
und damit deutlich reduzierten Inbetriebnahmezeiten.
Weiterhin wirkt sich die
Reduzierung verdrahtungstechnischer
Programmierungen, wie aus der konventionellen
Sicherheitstechnik bekannt, verkürzend
auf die Inbetriebnahmezeit aus.
Systemdiagnosefunktionen und online
Fernzugriff erlauben eine schnelle Fehleranalyse-
und Behebung. Ebenso ist die
9

10
ANlAGENTECHNOlOGIE Kupfer
Möglichkeit der variablen Programm- und
regelungstechnischen Anpassungen an
Verfahrensbedingungen und verschiedene
Ofenkonzepte unter Berücksichtigung
der Gefährdungsbeurteilung vorteilhaft.
Durch dieses Konzept erhalten die
Anlagen von OTTO JUNKER einen
hohen Automatisierungsgrad, erfüllen
Anforderungen an höchste Prozesssicherheit
und erreichen eine deutliche
Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeit.
Derzeit werden 2 Bandschwebeöfen zum
Betrieb unter einem Wasserstoff/
Stickstoffgemisch von maximal 25 % H2 in N2 und unter Realisierung des neuen
INDUGA Gießofenanlage für Messing
Im Rahmen einer umfangreichen
Modernisierung der kontinuierlichen
vertikalen Stranggießanlage erteilte
die Firma DIEHl Metall an INDUGA
Ende Januar 2009 den Auftrag zur
lieferung eines Induktions-Rinnenofens
zum Warmhalten und Vergießen
von Messing.
Der neue Vorherdgießofen ersetzt den
vorhandenen Ofen, der das Ende seiner
Werksmontage des Vorherdgießofens
Lebensdauer erreicht hat. Die Neuanlage
hat ein Gesamtfassungsvermögen von
20 Tonnen und wird durch einen Rinneninduktor
mit einer Nennleistung von
500 kW beheizt.
Zum Lieferumfang gehört auch eine neue
Leistungselektrik sowie eine moderne
Anlagensteuerung. Die Ofenanlage ist
hydraulisch kippbar und über einen Wagen
rückwärtig verfahrbar, wenn Rüst- oder
Wartungsarbeiten an der Stranggießanla-
Steuerungskonzepts in Betrieb genommen.
Seit dem Jahr 2000 hat OTTO JUNKER
insgesamt 6 Anlagen mit einem erhöhten
Wasserstoffanteil erfolgreich auf
dem Weltmarkt platziert.
Jörg Neuhaus (+49 2473 601 364)
ge durchgeführt werden. Die Bereitstellung
von Flüssigmetall erfolgt aus drei Schmelzöfen,
die jeweils an jeder Seite des Gießofens
angeordnet sind. Das Befüllen des
Gießofens erfolgt über drei seitlich angeordnete
Eingießtaschen.
Die Inbetriebnahme der Gießanlage
wird im 4. Quartal 2009 stattfinden.
Alejandro Hauck (+49 221 95757 24)

PRODUKTION Edelstahlgießerei
Die rechnerische Simulation – Das moderne Handwerkzeug
der Gießer
Vor ca. 30 Jahren legte Prof. Dr. Dr. e.h. Peter Sahm vom
Gießerei-Institut der RWTH Aachen den Grundstein der
rechnerischen Simulation, die in den Anfängen mit den Aussagen
wie „da kommen die Bildschirmgießer“ jedoch von
der Gießerwelt belächelt wurde.
Die Klientel der Gießer erkannte dann aber sehr schnell die
großen Vorteile dieser Technik. Teure Vorversuche bis zur
optimalen Auslegung von Gussteilen konnten durch die
rechnerische Simulation ersetzt werden.
Die Zeitersparnis war ebenfalls von erheblicher Bedeutung,
da die Modelländerungen und Optimierungsschritte nicht
mehr aufwendig an dem Modell bzw. an der Form erfolgten,
sondern direkt am Computer.
Die Edelstahlgießerei der OTTO JUNKER GmbH hatte diese
Möglichkeiten sehr früh erkannt und unterstützte die Weiterentwicklung
dieser Technik mit Forschungsprojekten, die von der
OTTO JUNKER Stiftung finanziert wurden.
Bereits seit 1992 ist die rechnerische Simulation in der Edelstahlgießerei
erfolgreich im Einsatz. Dieses Werkzeug ist gerade für
Kundengießer, die im Projektgeschäft tätig sind, von größter
Bedeutung. In der Regel werden im Projektgeschäft Bauteile nur
in geringen Stückzahlen gegossen, so dass Fehlabgüsse oder
aufwendige, praktische Vorversuche zur Auslegung des Bauteils
nicht wirtschaftlich wären. Daher wird die rechnerische Simulation
dazu genutzt, komplexe Bauteile mit hohen Güteanforderungen
im Vorfeld zu optimieren.
Das Ziel bei der rechnerischen Simulation besteht darin, die theoretisch
ermittelten Gieß- und Anschnittparameter auf die Praxis
zu übertragen. An dieser Stelle soll ein Maschinenbett mit einem
Gießgewicht von ca. 2.300 kg als Beispiel dienen, das über die
rechnerische Simulation iterativ hinsichtlich des Formfüllungsverhaltens
(Bild 1) und des Erstarrungsverhaltens (Bild 2) am Computer
optimiert wurde. Der Prototyp (Bild 3) bestätigt bei der
Qualitätsprüfung die Simulationsergebnisse eindrucksvoll.
Die rechnerische Simulation bietet viele Möglichkeiten,
sowohl den Fertigungsablauf als auch die Produktqualität
bereits in der Ausarbeitungs- und Konstruktionsphase wirtschaftlich
effizient zu gestalten.
Elmar Westhoff (Tel. +49 2473 601 400)
Bild 1: Formfüllungssimulation als Funktion des Temperaturgra-
dienten.
Bild 2: Erstarrungssimulation als Funktion des Temperaturgradienten.
Die Erstarrungssimulation schließt sich an die Formfüllungssimulation
an.
Bild 3: Maschinenbett – Prototyp
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Titelthema:
Langjährige Erfahrungen und moderne Simulationsverfahren
sichern den Erfolg
Das dynamische Verhalten von flüssigen Metallströmen und von
heißen Gasen sowie die Erstarrung von Metallen und der Verlauf
elektromagnetischer Felder haben eines gemeinsam, sie sind
für eine theoretische Erfassung und Abbildung mit Hilfe von physikalischen
Formeln in der Regel zu komplex.
Gelingt die Berechnung noch für den stationären Vorgang, so
können die Einflüsse der zeitlichen Veränderung einzelner Parameter
auf das Gesamtsystem kaum hinreichend genau erfasst
und abgebildet werden.
Mit der Erarbeitung eines Modells, das eine mathematische
Abstraktion des zu untersuchenden Systems darstellt, kann der
Einfluss der einzelnen Parameter untersucht werden.
Bei der Simulation werden Untersuchungen an diesem theoretischen
Modell durchgeführt, um Erkenntnisse über das reale
System zu gewinnen. Allerdings muss man sich im Klaren darüber
sein, dass die verwendeten mathematischen Modelle
immer eine mehr oder weniger genaue Abbildung der Realität
darstellen. Ein Modell stellt damit immer eine Vereinfachung dar
und somit sind die Ergebnisse entsprechend zu bewerten.
OTTO JUNKER GmbH
Postfach 11 80 • D-52147 Simmerath
Tel.: +49 2473 601-0 • Fax: +49 2473 601-600
Daher ist die Verifikation der Ergebnisse durch Untersuchungen
und Messungen in kleintechnischen Versuchen notwendig –
man spricht dann von der physikalischen Simulation – bevor
deren Gültigkeit bewiesen ist.
Mit Hilfe der numerischen Simulation und der Verifizierung der
berechneten Werte in Versuchen kann der Übergang von den
mehr oder weniger „empirischen“ Grundlagen der Ofenkonstruktionen
zu exakten, optimal ausgelegten Konstruktionen vollzogen
werden.
Gleichzeitig wird damit die Basis geschaffen, um für neue
Anwendungsfälle, technische Innovationen und Neuentwicklungen
sowie für größere und leistungsstärkere Ofenanlagen in der
Konstruktion ein hohes Maß an Sicherheit zu erreichen.
Zeit- und kostenintensive Experimente an und mit realen Anlagen
können damit weitgehend vermieden werden. Gleiches trifft
für die technologische Vorbereitung der Gussteilfertigung zu.
Ohne Erstarrungssimulation waren früher oft mehrere Probeab-
güsse mit unterschiedlicher Gestaltung des Gießsystems sowie
der Rohteilkonstruktion notwendig, bevor die Sicherheit einer
fehlerarmen Gussstückherstellung erreicht wurde.
Die Simulation der Erstarrung des flüssigen Metalls ermöglicht
die schnelle und kostengünstige Optimierung der technologischen
Parameter.
In Zukunft werden auch für die Planung von Industrieanlagen
und die Prozessoptimierung als auch für Schulungs- und Trainingszwecke
immer stärker Simulationsverfahren zum Einsatz
kommen – so zum Beispiel für das Training des Bedien- und
Instandhaltungspersonals.
Die langjährigen Erfahrungen und das Know-how unserer Mitarbeiter
in Verbindung mit der Nutzung der numerischen Simulation
sind der Garant für die weitere Optimierung unserer Produkte
und metallurgischen Prozesse.
Dietmar Trauzeddel (+49 2473 601 342)