Report Produktivität des Fertigungs prozesses ab hängig ist. Eine konti nuierliche Wärme zufuhr und damit konstante Vor material temperaturen sind daher nicht gewähr leis tet. Aus diesem Grund ist zwischen der Vor material erwärmung und der abschließenden Induktions erwärmung ein Homo geni sierungs prozess not wendig, der eine konstante Vor material temperatur zu Be ginn der induktiven Er wärmung sicher stellt. Theoretische und praktische Unter suchungen haben ergeben, dass die Temperatur homo geni sierung dann besonders sinn voll ist, wenn sie gekoppelt wird mit einer Tem peratur erhöhung in einem Gas erwärmer. Dieses Konzept hat den Vorteil, dass neben der Temperaturhomo genisierung ein wesentlicher Teil der Erwär mung auf Basis von Primär energie er folgt. Das führt in Summe zu einer merk lichen Redu zierung der Energiekosten und des CO2-Aus stoßes. Als besonders geeignetes Verfahren für die Temperatur-Homogenisierung und weitere Erwärmung wurde das „Jet-Heating“ Irret2011 ermittelt. Der Erwärmungs prozess durch Jet- Heating zeichnet sich dadurch aus, dass das zu homo geni sierende und weiter zu erwärmende Gut mit einem heißen Prall strahl (Luft, v = 30 bis 60 m/s) beauf schlagt wird. Hier durch werden hohe Wärme übergangs koeffi zienten erreicht, sodass im Ver gleich zur konvektiven und Strahlungs er wärmung deutlich geringere Erwärmungs zeiten und damit deutlich geringere Bau räume der Erwärmer anlagen be nötigt werden. Die Wärme erzeugung erfolgt beim Jet-Heating mit Gas brennern. Der Ab lauf der Er wärmung bei Nutzung der Prozess wärme ist in Bild 5 sche matisch dar gestellt. Unter suchungen mit einer Jet-Heating-Test - anlage haben ergeben, dass die Er wärmungs - zeit von 140 °C auf 700 °C bei einer Vormaterial geo metrie von Ø 95x180mm zirka 30 Minuten beträgt (Bild 6). 800 700 600 500 160 140 120 100 80 60 40 20 0 mit Zuluft (1,04 kg/s) Probe unten Probe mitte Probe oben Kistenfüllzeit 0 600 1.200 1.800 2.400 3.000 3.600 T °C Bild 4: Erwärmungsverlauf in Abhängigkeit der Probenlage. Vorwärmen mittels Prozesswärme Jet-Heating Induktion Zeit Bild 5: Schematische Darstellung der Erwärmung von Vormaterial bei Nutzung der Prozesswärme. Jet-Heating-Testanlage, ø 95x180 (10 kg) T °C T °C Zeit s 400 300 200 100 28 SchmiedeJOURNAL September 2012 Die Auswirkung der im Vergleich zur konventionellen Induktions erwärmung län geren Er wärmungs dauer auf die Zunderbildung und Rand ent kohlung wurde für den Tem peraturbereich unterhalb 800 °C für zwei Werk stoffe untersucht. Die Ergeb nisse zeigen, dass eine Vor wärm temperatur bis mindestens 550 °C ohne Beeinträchtigung möglich ist. Eine Wirt schaftlichkeits unter suchung hat ergeben, dass die Energie kosten bei der hier untersuchten Er wär mungs strecke (Massendurch satz 2.570 kg/h, 140 °C Vor wärmen mittels Prozess wärme, Temperatur homo geni sierung und -erhöhung mittels Jet-Heating auf 550 °C, ab schließende Induktions erwärmung auf 1.250 °C) zirka 22 Pro zent günstiger sind als Zeit s Tmax Tmin bei der konven tionellen Induktions erwärmung. Die dabei erreichbare CO2-Redu zierung beträgt zirka 23 Prozent. Unter Berück sichtigung der ge änderten Erwärmungs anlage und einem Abschreibungs zeit raum von 15 Jahren können die gesamten Erwärmungs kosten (Energie- + Anlagenkosten) um zirka 10 Prozent reduziert werden. Zusammenfassung Durch die Studie konnte gezeigt werden, dass durch eine geeignete Ab stimmung von Werk stück- und Induktor-Durch messer der Wir - kungsgrad von Induktions anlagen signifi kant ver bessert und dadurch die jähr lichen Er wärmungs kosten deut lich gesenkt werden können. Es konnte weiter gezeigt werden, dass es durch 0 Jet2-MP2 0 300 600 900 1.200 1.500 1.800 2.100 2.400 2.700 3.000 3.300 3.600 Bild 6: Erwärmungsverlauf in einer Jet-Heating-Testanlage (Vormaterial Ø 95x180mm, 10 kg). Bilder: Autoren
2012-09-Schmiede-Journal
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