Einsatz einer energieeffizienten Pfannenaufheizstation bei der Herstellung von Edelstahl

Kurzbeschreibung

Die Gießerei Edelstahlwerke Schmees GmbH gehört international zu einem der bedeutendsten Anbieter von gegossenen Edelstahlprodukten in den Bereichen Pumpen- und Turbinenbau sowie für die Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie. Das Unternehmen produziert an zwei Standorten in Pirna und Langenfeld (Rheinland) mit insgesamt 380 Mitarbeitern jährlich rund 4.000 Tonnen Gussprodukte.

In Gießereien ist nach dem Erschmelzen des metallischen Werkstoffs in der Regel ein Transport des flüssigen Metalls vom Schmelzofen zur Gießhalle notwendig. Für den Transport der zwischen 1500°C und 1730°C heißen Schmelze werden Transportpfannen verwendet, die mittels konventioneller Flammenbrenner von unten mit offener Flamme vorgewärmt werden. Dabei werden große Mengen an Erdgas verbraucht, weil die Erwärmung der Oberflächen nur sehr inhomogen erfolgt. Die notwendige Einsatztemperatur von 850°C kann nur erreicht werden, wenn die Pfannen mind. 5 Stunden vorgeheizt werden, wobei die Temperaturführung unbefriedigend und wenig präzise ist. Gleichzeitig sind die benutzten Brenner sehr laut und wartungsintensiv und durch die offene Flamme wird das Feuerfestmaterial der Pfanneninnenauskleidung stark beansprucht. Hierdurch werden die Standzeiten der Pfannen erheblich verkürzt.

Im Rahmen dieses Projektes sollte eine neuartige, energieeffiziente Pfannenaufheizstation errichtet werden, bei der statt Flammenbrennern flammenlose Gas-Porenbrenner Verwendung finden. Ziel war es, die Pfannen künftig so vorzuheizen, dass für die Vorwärmung rund 50 Prozent weniger Gas benötigt wird und darüber hinaus noch die Standzeiten der eingesetzten Pfannen verlängert werden.

Bisher verfügte das Unternehmen im Bereich des Schmelzbetriebes über 4 konventionelle Erdgas-Brenner, welche zur Pfannenbeheizung dienten. So wurden jährlich rund 95.000 Kubikmeter Erdgas benötigt, was 8,4 Prozent der gesamten Energiekosten entsprach. Um den hohen Brennstoffverbrauch und damit die Energiekosten zu reduzieren, wurde in eine, für die Gießereibranche vollkommen neuartige, hocheffiziente Technologie für die Vorwärmung von Transportpfannen investiert. Die errichtete Pfannenaufheizstation besteht insgesamt aus 5 Pfannenparkplätzen und 3 Beheizungssystemen für Pfannen mit Fassungsvermögen zwischen 1-2 Tonnen Schmelze. Als Herzstück jedes einzelnen Beheizungssystems fungiert ein flammenloser Gas-Porenbrenner der Firma promeos GmbH. Dieser besteht aus einer Hochtemperaturkeramik und gibt die Verbrennungswärme über ein Strahlrohr im Deckel mittels Infrarotstrahlung sowie über Konvektion durch Strömung der heißen Abgase an die Innenwand der Pfanne ab. So wird die Oberfläche sehr gleichmäßig und um den Faktor 2-3 schneller erwärmt als bisher.

Der Energieverbrauch der neuen Pfannenaufheizstation wurde über einen Zeitraum von über einem Monat täglich erfasst, wobei die ermittelten Messdaten eine Durchschnittseinsparung von rund 280 Kubikmeter Erdgas pro Tag aufzeigen. Das Unternehmen spart so jährlich rund 61.400 Kubikmeter Erdgas, was einer Einsparung von rund 60 Prozent im Vergleich zum alten System entspricht. Somit wurde das zu Beginn definierte Einsparungsziel deutlich übererfüllt und es werden insgesamt jährlich rund 114 Tonnen CO₂-Äquivalente durch die neue Technik vermieden. Gleichzeitig erhöhen sich die Gussstückqualitäten und die Standzeiten der Pfannen verdoppeln sich. Auch der Lärmpegel halbierte sich und sank von 78,7 Dezibel auf 67,4 Dezibel. Zusätzlich können die Transportpfannen nun mit rund 1.000 Grad Celsius auf deutlich höhere Einsatztemperaturen aufgeheizt werden, wodurch die Abstichtemperatur am Schmelzofen um rund 20 Grad Celsius reduziert werden kann. So kann weitere Energie beim Erschmelzen eingespart werden.

Die Projektergebnisse zeigen, dass durch die Einführung neuer, hocheffizienter Techniken erhebliche Energieeinsparungen für konventionelle Aufgaben in der industriellen Fertigung erzielt werden können. Aufgrund der sehr guten Übertragbarkeit des Anlagenkonzepts auf andere Betriebe und weiter steigender Energiekosten, ist künftig von einer Adaption der Anlage und somit einer Multiplikatorwirkung der genannten positiven Umweltaspekte auszugehen.