Projekt 12943/01

Untersuchung zur Energieeinsparung in Schmiedebetrieben durch die Optimierung induktiver Erwärmungsprozesse

Projektträger

Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Institut für Elektrothermische Prozesstechnik
Wilhelm-Busch-Str. 4
30167 Hannover
Telefon: 0511/762-2872

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Durch eine ungünstige Organisation des Betriebsablaufes und fehlende Kenntnis über Zusammenhänge bezüglich des Energiebedarfs, z. B. dessen Abhängigkeit vom Durchsatz und von der Länge der Induktorstrecke, kommt es in den Schmieden häufig zu stark überhöhtem Energiebedarf. Die Zielsetzung liegt folglich primär in der Reduzierung des Energiebedarfs induktiver Schmiedeblockerwärmer sowie in der Verringerung des Materialausschusses verbunden mit einer Verminderung der CO2-Emissionen. Daneben wird das magnetische Streufeld in der Umgebung von Schmiedeerwärmern überprüft und bei Bedarf werden Maßnahmen zur Reduzierung der Feldbelastung erarbeitet und vorgeschlagen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNach der Auswahl repräsentativer Schmiedeblock-Erwärmungsanlagen beginnt die energetische Analyse mit Hilfe von eintägigen Kurzzeitmessungen in den Schmiedebetrieben. Messtechnisch werden die Prozessgrößen erfasst und der Wirkungsgrad sowie der Energiebedarf ermittelt. Ebenfalls werden magnetische Streufelder in Anlagennähe überprüft. Für diese Abschnitte werden 8 Wochen benötigt. Anhand der Ergebnisse der Kurzzeitmessungen wird das Optimierungspotenzial des jeweiligen Prozesses aufgezeigt. Hierzu werden 8-wöchige numerische Untersuchungen in der Forschungseinrichtung durchgeführt, z. B. mittels Parameterstudien der wichtigsten Einflussgrößen. Parallel werden 4-wöchige Langzeitmessungen durch das Schmiedepersonal durchgeführt, die einen wichtigen Überblick über die typischen, ggf. ungünstigen Betriebsweisen des induktiven Erwärmers liefern.
Nach der Auswertung der Langzeitmessungen und der numerischen Simulationen können Optimierungsmöglichkeiten in Zusammenarbeit mit den Unternehmen ausgearbeitet werden. Anschließend werden die Maßnahmen zur Energieeinsparung in den Betrieben umgesetzt. Nach ca. 4 Wochen werden die realisierten Maßnahmen überprüft und eine erneute Feldmessung vorgenommen. Bei Bedarf werden Vor-schläge zur Reduzierung des magnetischen Streufeldes in Anlagennähe ausgearbeitet und umgesetzt. Für diese Abschnitte sind insgesamt 12 Wochen vorgesehen. Die Ergebnisse werden mit Hilfe des Industrieverbandes Deutscher Schmieden e. V. (IDS) verbreitet.


Ergebnisse und Diskussion

Die während der Kurzzeitmessungen durchgeführten energetischen Analysen zeigten überhöhte Energiebedarfe von bis zu 600 kWh/t, die auf Optimierungspotenziale schließen ließen. Mittels eines vorhandenen numerischen Simulationsprogramms, das speziell für die induktive Schmiedeblock-Erwärmung ent-wickelt wurde, konnte der Einfluss unterschiedlichster Parameter auf den Energiebedarf untersucht werden.
Die parallel zur Energiebedarfsmessung durchgeführten Magnetfeldmessungen zeigten für das Schmiedepersonal kein Gefahrenpotenzial auf. Am ständigen Aufenthaltsort des Personals wurden die strengen Grenzwerte der Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik für eine Dauerexposition in keinem Fall überschritten. Handlungsbedarf zur Entwicklung von Abschirmmaßnahmen besteht bei den untersuchten Anlagen nicht.
Durch sogenannte Langzeitmessungen konnte ein wichtiger Einblick in den Betriebsablauf der Anlagen gewonnen werden. Die Protokolle des Schmiedepersonals ergaben, dass die Erwärmer praktisch kein Störungspotenzial aufweisen. Beim maschinellen Schmieden kam es zu häufigen Störungen an der Schmiedepresse, die zur Erhöhung des Umlaufmaterials beitrugen.
Die Optimierung wurde anhand von Einflussfaktoren durchgeführt, die allgemeingültig den Energiebedarf induktiver Erwärmer entscheidend beeinflussen. Dabei ist der optimale Betrieb eines induktiven Schmiedeblock-Erwärmers stets für den Einzelfall zu ermitteln. Bei zwei von vier untersuchten Erwärmern konnten Optimierungspotenziale gefunden werden. In einem Fall wurde durch die Optimierung der Frequenz der Energiebedarf um 30 kWh/t gesenkt und führte zu einer CO2-Minderung von ca. 27 t/a. Im zweiten Fall wurden durch die Anpassung der Erwärmerlänge auf den reduzierten Durchsatz eines Erwärmers ebenfalls 30 kWh/t eingespart und der CO2-Ausstoß um 4,4 t/a gesenkt. Die theoretischen Ergebnisse konnten durch Anpassung der Anlagen und durch Messungen bestätigt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse werden allen Mitgliedern des IDS in einer Faktendatenbank, der sogenannten Info-Pyramide, bis Ende 2001 zur Verfügung gestellt. Hierbei handelt es sich um ein Internet-Forum, auf das jederzeit zugegriffen werden kann.
Bisher erfolgte eine Veröffentlichung in der Fachzeitschrift elektrowärme international sowie ein Kongressbeitrag. Des Weiteren erscheint eine Veröffentlichung im Schmiede-Journal im März 2002.


Fazit

Optimierungspotenziale wurden aufgezeigt, Maßnahmen zur Energieeinsparung in den Schmiedebetrieben durchgeführt und messtechnisch verifiziert. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass für die untersuch-ten Schmiedeblock-Erwärmer kein Gefahrenpotenzial durch elektromagnetische Felder für das Schmiedepersonal ausgeht.Die untersuchten Erwärmungsvorgänge wurden für Einsatzdurchmesser von 20-45 mm durchgeführt. Untersuchungen zur Energieeinsparung von Anlagen, die Blockdurchmesser von bis zu 150 mm erwärmen, könnten sinnvoll sein, zumal die größere Einsatzleistung quantitativ höhere Energieeinsparungen verspricht.

Übersicht

Fördersumme

51.753,99 €

Förderzeitraum

26.06.2000 - 26.06.2001

Bundesland

Niedersachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik