Projekt 34622/01

Entwicklung eines neuartigen, energieeffizienten Verfahrens zur Herstellung von feuerfesten Auskleidungen in Gießereigefäßen

Projektdurchführung

Zielsetzung

Das Projekt dient der Senkung des Energieverbrauchs bei der Herstellung von feuerfesten Auskleidungen in Gefäßen der rohstoffverarbeitenden Industrie. Dabei handelt es sich um gewachsene Prozessstrukturen, die in den letzten 30 Jahren nicht nennenswert weiterentwickelt wurden.

Die etablierte Technik beruht auf, mit Erdgas betriebenen Heißluftbrennersystemen, die über sehr hohe Anschlussleistungen verfügen. Zu der Zeit, in der diese Anlagen entstanden, spielte der Gasverbrauch noch eine untergeordnete Rolle, da Prozessgase zum Einsatz kamen, die während der Rohstoffverarbeitung ohnehin als Nebenprodukte entstanden. Messungen an den vorhandenen Anlagen zeigten einen Wirkungsgrad von weniger als 20%.

Ziel dieses Projektes ist es, die Prozessstrukturen genauer zu untersuchen, und Ansätze zur Optimierung dieser Technik zu finden. Dabei sollte ein Augenmerk darauf gelegt werden, Erdgas als Energieträger möglichst zu vermeiden. Vielmehr sollte das System vorzugsweise mit Hilfe von regenerativ erzeugter Energie betrieben werden können, um einen CO2 neutralen Betrieb zu ermöglichen.

Die Rohstoffverarbeitende Industrie ist ein sehr energieintensiver Industriezweig, so dass jegliche Einsparungen einen entsprechend hohen Nutzwert zur Folge haben werden. Der Anteil der feuerfesten Produkte beträgt etwa 30% des jeweiligen Gesamtprozesses. Allein im Jahr 2022 wurden in Deutschland 723.668t feuerfeste Rohstoffe verarbeitet, wofür 825 GWh Prozessenergie aufgewendet werden musste. Die weltweite Produktionsmenge betrug im gleichen Zeitraum 55.160.000t, was deutlich macht, welch großes Einsparpotential sich hier verbirgt.

Arbeitsschritte

Im ersten Arbeitsschritt wurde eine umfassende Bestandsaufnahme in mehreren Werken durchgeführt, die mit unterschiedlicher technischer Ausrüstung ausgestattet waren. Dabei wurde die Fertigung über einen Zeitraum von mehreren Wochen begleitet. Die bestehenden Arbeitsschritte wurden analysiert und sämtliche Energieverbräuche ermittelt. Zusätzlich wurden die Mengen und die Beschaffenheit der verarbeiteten Produkte erfasst. Weiterhin wurden die verschiedenen Backergebnisse in der nachfolgenden Anwendung (dem Gießbetrieb) analysiert, um Wechselwirkungen zwischen den Backergebnissen und den metallurgischen Ergebnissen herausarbeiten zu können.

Im nächsten Arbeitsschritt wurden aus den im ersten Schritt gewonnenen Daten die Kernprozesse erarbeitet, um den für die chemische Reaktion tatsächlich erforderlichen Energiebedarf zu ermitteln. Anhand der Prozesskette wurde dann nach neuen Lösungsansätzen gesucht, welche anschließend in einem Modellbetrieb auf ihre Durchführbarkeit hin untersucht wurden. Schlussendlich ergab sich daraus eine Zielvariante, die noch weiter verfeinert wurde.

Aus den Ergebnissen entstand ein Arbeitsmodell, welches unter realistischen Bedingungen in einem der Werke ausgiebig getestet wurde. Die dabei gewonnenen Daten wurden abschließend mit den im ersten Schritt ermittelten Daten verglichen, um eine Aussage zum Einsparpotenzial treffen zu können.

Ergebnisse

Die Datenerhebung zeigte, dass die bestehenden Anlagen bzw. Prozesse mit einem sehr geringen Wirkungsgrad von weniger als 20% betrieben werden. Durch eine Umstellung der Prozesse auf die hier entwickelte Technik konnte der Wirkungsgrad auf über 90% angehoben werden. Das führte nicht nur zu einer deutlichen Energieeinsparung, sondern erhöhte zusätzlich noch die Produktivität der Anlage um mehr als 50%.

Allein bei den in diesem Projekt betrachteten Werken könnten so 27,5 GWh Energie pro Jahr eingespart werden. Da die hier entwickelte Technik mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben werden kann, würden zudem 3,2 Mio. m³ Erdgas pro Jahr eingespart.

Öffentlichkeitsarbeit

Eine erste Präsentation, speziell für das Fachpublikum, fand auf der „Unified international technical conference on refractories“ am 27.09.2023 in Frankfurt statt.

Fazit

Aus der Datenerhebung wurde deutlich, dass bei den derzeit am Markt befindlichen Anlagen aufgrund der sehr geringen Wirkungsgrade ein dringender Handlungsbedarf besteht. Aufgrund der hohen Energiemengen, die dabei zum Einsatz kommen, wird auch das zu erwartende Gesamteinsparvolumen entsprechend hoch sein.