Errichtung und Inbetriebnahme von temperaturstabilen Glühöfen für die Fertigung von HSS- und Chromwalzen

Kurzbeschreibung

Die Karl Buch Walzengießerei GmbH & Co. KG ist ein mittelständisches Familienunternehmen und fertigt am bestehenden Standort in Siegen, Nordrhein-Westfalen, Arbeitswalzen mit bis zu 110 Tonnen Rohgussgewicht.

Bei der Herstellung von Arbeitswalzen, beispielsweise für die Stahl-, Kunststoff-, Gummi- und Papierindustrie, sind hochwertige Werkstoffe nötig. Nur so lassen sich Walzen (HSS- oder Chromverbundwalzen) produzieren, die über die erforderliche hohe Festigkeit und Standzeit verfügen. Das Problem: Hochwertige Werkstoffe brauchen eine aufwändige und energieintensive Wärmebehandlung des Rohgusses nach dem Gießen und vor der mechanischen Bearbeitung. Diese Wärmebehandlung erfolgt in Glühöfen, die durch Gasbrenner Temperaturen von 500 °C bis 1.000 °C erzeugen. Die Öfen müssen eine hohe Temperaturstabilität gewährleisten und ebenso eine niedrige Temperaturdifferenz im Glühgut.

Das Ziel dieses Vorhabens war es, den hohen Energieverbrauch bei der Walzenproduktion zu senken. Dazu realisierte die Karl Buch Walzengießerei GmbH & Co. Kg gemeinsam mit einem Ofenhersteller erstmals großtechnisch einen neuen Glühofen für großvolumige Gussteile. Der Ofen sollte die Temperaturtoleranzen und Tempe-raturverteilungen auf der Oberfläche des Glühguts verbessern. Gleichzeitig sollte er den Energieverbrauch minimieren.
Der neu entwickelte Ofen nutzt zwei verschiedene Arten von Brennern, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen:

• An der Ofendecke befinden sich Flachflammenbrenner. Diese weisen zentrische Brenngasführungen auf und versetzen die Brennluft in Rotation. Die hohe Geschwindigkeit und der erzeugte Drall richten die Flamme rotationssymmetrisch zum Brenner aus. Dadurch schmiegt sie sich flach an die Ofenwand.
• An den unteren Ofenseiten liegen Impulsbrenner. Sie erzeugen eine normale Stichflamme und unterstützen die Vermischung der Luft. Zudem wurde der Ofen besser ausgekleidet. Dies verringert den Wärmeverlust und spart so Ener-gie. Weiterhin wurde ein System zur Wärmerückgewinnung installiert.

Bei herkömmlichen Glühöfen misst der "kälteste" Punkt auf der Glühgutoberfläche allenfalls - 4 °C und der "wärmste" höchstens + 4 °C. Insofern beträgt die maximale Differenz 8 °C. Das neue Verfahren verringert diesen Unterschied. Die Temperatur schwankt jetzt nur noch zwischen plus und minus 2,5 °C, also um maximal 5 °C.

Das neue Verfahren spart bei den Anlassglühungen (500 bis 600 °C) rund 35 Pro-zent Energie. Bei den Härte-Glühungen (1.000 °C) sinkt der Energieverbrauch sogar um etwa 44 Prozent. Davon profitiert auch das Klima: Die CO₂-Minderung bei An-lass- und Härteglühungen summiert sich auf ca. 169,4 Tonnen pro Jahr. Durch den neuen Glühofen entfallen Mehrfachglühungen, die früher aus Qualitätsgründen oft notwendig waren. Dies spart zusätzlich jedes Jahr ca. 226.700 Kilowattstunden Ener-gie sowie rund 40,2 Tonnen Kohlendioxid. Insgesamt kann die Karl Buch Walzen-Gießerei GmbH & Co. Kg nun jährlich etwa 210 Tonnen CO₂-Emissionen vermeiden.

Das neue Verfahren ist auch wirtschaftlich interessant: Es senkt die Energiekosten und das Mehrfachglühen entfällt. Weitere Flexibilisierungsmaßnahmen, wie u.a. ein vorzeitiges Abstechen des Walzenkopfes, führen zu weiteren deutlichen Kosteneinsparungen.

Das Projekt erhielt 2005 den Energieeffizienzpreis des Landes Nordrhein-Westfalen, denn es gilt als ein gutes Beispiel für eine prozessintegrierte Steigerung der Energieeffizienz. Zugleich liefert es Erkenntnisse, die sich auf ähnliche Glühprozesse übertragen lassen. Die Ergebnisse flossen zudem in die Revision des BVT-Merkblattes "Metallverarbeitung" ein.