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ALUMINIUMSTRANGPRESSINDUSTRIE
Möglichkeiten zur Verbesserung der Energiekosten
und CO2-Bilanz bei Bolzenerwärmungsanlagen
Günter Valder, Otto Junker GmbH ; Herbert Pfeifer, RWTH Aachen University
Vor der Umformung durch die
Strangpresse werden die Aluminiumbolzen
oder -stränge auf die
hierfür notwendige Temperatur
vorgewärmt. Charakteristische
Vorwärmtemperaturen liegen je
nach eingesetzter Aluminiumlegierung
im Bereich von 450
bis 550 °C. Die Vorwärmung der
Aluminiumbolzen oder -stränge
erfolgt entweder brennstoffbeheizt
oder elektrisch beheizt. Bei
beiden Beheizungsarten sind verschiedene
Varianten als Stand der
Technik am Markt etabliert. Im
Folgenden werden Möglichkeiten
zur Verbesserung der Energieeffizienz
und Minderung der CO 2 -
Emissionen bei der Erwärmung
von Strangpressbolzen vorgestellt
und auf deren Wirtschaftlichkeit
hin untersucht. Hierzu wird zunächst
ein Überblick über die
verfügbaren Erwärmungskonzepte
gegeben und es werden deren
Vor- und Nachteile erläutert. Im
Anschluss werden die Energiekosten
und CO 2 -Emissionen anhand
eines Beispiels ermittelt und diskutiert,
nach welchen Kriterien
eine energiekostenoptimierte Bolzenerwärmungsanlage
ausgewählt
werden kann, wenn unter Berücksichtigung
der Anforderungen
der Produktion jeweils der Stand
der Technik angewendet wird.
Abschließend werden noch zwei
Verbesserungspotenziale für bestehende
Anlagen vorgestellt.
Verfügbare Erwärmungskonzepte
Anlagen, bei denen das Nutzgut direkt
mit Gasflammen beaufschlagt wird
Brennstoffbeheizte Erwärmungsanlagen
mit direkter Flammenbeaufschlagung
(GBE) bestehen in der Regel aus
zwei Hauptbaugruppen:
Auslaufseitig erfolgt die Erwärmung
der Aluminiumbolzen in einem
Anlagenteil mit direkter Brennstoffbeheizung
(Abb. 1). Hierzu sind in
einer feuerfest zugestellten Muffel,
Abb. 1: Direkt gasbeheizter Anlagenteil einer gasbeheizten Erwärmungsanlagen mit
direkter Flammenbeaufschlagung
die der Bolzengeometrie angepasst
ist, viele Brenner mit verhältnismäßig
geringer Leistung (8 bis 12 kW) angeordnet.
Die Erwärmung der Aluminiumbolzen
erfolgt mit einem konvektiven
Anteil von circa 30 Prozent
aus der direkten Flammenbeaufschlagung
und einem Strahlungsanteil von
circa 70 Prozent. Wegen des verminderten
Emissionsfaktors abgedrehter
Bolzen ist aufgrund des geringen
Strahlungsanteils mit vermindertem
Durchsatz gegenüber Bolzen mit
Gusshaut zu rechnen. Die Güte der
Temperaturführung wird bei der GBE
durch die Anzahl der Regelzonen bestimmt.
Dem direkt beheizten Anlagenteil
ist einlaufseitig in der Regel eine Vorwärmkammer
vorgeschaltet. In dieser
Kammer wird das Nutzgut durch das
Abgas des gasbeheizten Anlagenteiles
durch erzwungene Konvektion erwärmt,
bevor dieses durch den Kamin
aus dem System austritt. Durch die
hohe übertragbare Leistungsdichte
von bis zu 150 kW/m 2 Nutzgutoberfläche
im direkt beheizten Anlagenteil
folgen als wesentliche Vorteile
dieses Anlagentyps ein relativ niedriger
Platzbedarf und eine schnelle
Reaktionsmöglichkeit auf wechseln-
de Zykluszeiten bei konstanter Endtemperatur.
Nachteilig ist, dass die hohe Leistungsdichte
durch Temperaturdifferenzen
(Flamme/Bolzen, Muffel/Bolzen),
die die Gefahr partieller Anschmelzungen
bergen, erzielt wird.
Außerdem erfordert die Leistungsdichte
zur Sicherstellung niedriger
Verluste und zulässiger Wandtemperaturen
erhöhten Aufwand für die
Wärmedämmung der Wand, um einerseits
die Wandverluste gering zu halten
und andererseits den Forderungen
der DIN-EN 563 Rechnung zu tragen.
Daraus folgt eine Erhöhung der Speicherwärme,
wodurch die Flexibilität,
zum Beispiel bei schnellen Temperaturwechseln
in Richtung niedrigerer
Temperatur, eingeschränkt wird.
Weit verbreitet sind Anlagen mit
Verbrennungsluftvorwärmung und
Vorwärmkammern, in denen das
Abgas mit Radialventilatoren umgewälzt
wird. Bei dieser Konfiguration
können üblicherweise Anlagenwirkungsgrade
von circa 60 Prozent auch
bei Teillast erreicht werden. Wirkungsgradsteigerungen
sind durch
erhöhte Gutvorwärmung, das heißt
Verlängerung der Vorwärmkammer
möglich; jedoch müssen Kosten (In-
20 ALUMINIUM · 4/2010
Fotos: O. Junker