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Temperaturmesstechnik So senken Temperatursensoren den Gasverbrauch beim Eisenguss um 25 Prozent

| Autor / Redakteur: Bert Kinzius* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Oft sind es einfache Lösungen, die große Effekte erzielen. So konnte die Eisengießerei der Friedrich Wilhelms-Hütte in Mülheim ihren jährlichen Gasverbrauch für das Vorheizen von Eisenguss-Pfannen um ein Viertel reduzieren – ganz einfach durch den Einsatz der richtigen Temperaturmesstechnik von Turck. Statt einer aufwändigen und teuren Pyrometer-Messung der Pfanneninnentemperatur setzt man auf effiziente Infrarotmessung an der Pfannenaußenseite.

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Entlang der Produktionsstraße sind die T-Gage-Temperatursensoren unter der Fahrschiene des Krans montiert, der die Pfannen transportiert.
Entlang der Produktionsstraße sind die T-Gage-Temperatursensoren unter der Fahrschiene des Krans montiert, der die Pfannen transportiert.
(Bild: Turck)

Wenn sich ein Unternehmen seit über 200 Jahren in einem Markt behauptet, dann weiß es, zu welcher Zeit es Veränderungen angehen muss, um weiterhin konkurrenzfähig zu bleiben. Andernfalls hätte das Unternehmen seinen 200. Geburtstag wohl nicht erlebt. So verhält es sich auch bei der Friedrich Wilhelms-Hütte (FWH) in Mülheim an der Ruhr. Seit 1811 kocht man am Ruhrufer Stahl und Eisen – aktuell mit über 700 Mitarbeitern.

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Die Bereiche Stahl- und Eisenguss sind in zwei Gesellschaften getrennt, weil sich die beiden Produktionsprozesse deutlich unterscheiden. Der Stahlguss fertigt Gussteile bis etwa 5 t in Serienproduktion, während die kleinsten Gussteile im Eisenguss erst bei 10 t anfangen und die schwersten 200 t und mehr wiegen. Die Eisengussteile wie Stahlwerkkokillen oder anderes Stahlwerkzubehör sind meist Einzelstücke oder Kleinserien. Zu den größeren Kalibern zählt ein jüngst gegossenes, 140 t schweres Maschinenteil für ein Mineralmahlwerk.

Energieintensiver Eisenguss

Dass Eisenguss ein energieintensiver Industriezweig ist, liegt auf der Hand. Stahlschrott wird in Induktionsöfen eingeschmolzen und unter Zugabe von Kohlenstoff zu Eisen verhüttet. Aus den Schmelzöfen wird das flüssige Metall in sogenannte Pfannen gegossen, mit einem Kran transportiert und in die Gussformen gegeben. So entstehen die tonnenschweren Bauteile. Die Pfannen sehen für den Laien eher aus wie große Henkeltöpfe.

Damit sie der Temperaturbelastung des 1.200 °C heißen, flüssigen Eisens standhalten, sind sie mit Schamotte­Steinen ausgemauert. Die Keramiksteine halten den hohen Temperaturen prinzipiell stand. Allerdings muss der Temperaturanstieg langsam erfolgen, sonst wird die Schamottverkleidung der Pfannen beschädigt. Die Stahlwerker dürfen also nie 1.200 °C heißes Eisen in eine kalte Pfanne gießen. Daher werden die Pfannen vor dem Eingießen mit großen Gasbrennern auf 800 bis 1.000 °C vorgewärmt.

Sparpotenzial beim Pfannenwärmen

Die Pfannen wurden lang auf Basis von Erfahrungs- und Schätzwerten vorgeheizt. „Der Meister legte die Hand an die Pfanne und schätzte, wie lang noch vorgeheizt werden muss. Und wenn er gerade nicht da war, wurde eine Pfanne auch schon mal viele Stunden vor dem Guss unter den Brenner gestellt und warm gehalten“, erklärt Guido Günther, Betriebsleiter technische Unterstützung und Schmelzbetrieb, die damalige Praxis in der Eisengießerei. Die Folge war ein monatlicher Erdgasverbrauch, mit dem man 50 Kleinfamilien in 100 m2 großen Wohnungen ein Jahr lang mit Gas für Warmwasser und Heizung hätte versorgen können.

„Hier haben wir großes Energiesparpotenzial gesehen und deshalb nach einer Lösung gesucht, die den Gussprozess und die Temperaturen der einzelnen Pfannen punktgenau aufeinander abstimmt und damit das unnötige Vorheizen oder Warmhalten von Pfannen minimiert“, so Günther. FWH suchte nach einem System, das die laufende und anstehende Produktion abbildet und darin auch alle Pfannen der Eisengießerei inklusive Standort und Temperatur erfasst.

Zur Temperaturerfassung der Pfannen dachten die verantwortlichen Techniker bei FWH zunächst an eine Pyrometermessung. Die Geräte vergleichen die Farbe eines Gegenstands elektronisch mit einer Farbtabelle und schließen so auf seine Temperatur. Bei glühender Keramik funktioniert das sehr zuverlässig und präzise. Allerdings waren die Pyrometer für die Applikation im Eisengussprozess relativ teuer und die Konstruktion umständlich. Die Sensoren müssten so montiert werden, dass sie in das Innere der Pfanne schauen können, um dort die Temperatur zu bestimmen.

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