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Projektinfos  – Energieforschung konkret

Kurzcharakteristik lesen

Eine neue Öldunstabsaugung halbiert den Energieverbrauch der Ventilatoren beim Kaltwalzen von Aluminium.
© Achenbach Buschhütten GmbH & Co. KG, Kreuztal
Abluftreinigung in der Industrie
Projektinfo 05/2017

Eingeblasener Rauch zeigt die Sperrwirkung der Luftklinge.
© Achenbach Buschhütten GmbH & Co. KG, Kreuztal

Anteil der Nebenaggregate an der installierten Anlagenleistung
© Achenbach Buschhütten GmbH & Co. KG, Kreuztal

Aufbau eines Kaltwalzgerüstes für die Folienherstellung. Schematisch eingezeichnet sind Zu- und Abluftspalt der Demonstrationsanlage.
© Achenbach Buschhütten GmbH & Co. KG, Kreuztal
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Dunstabsaugung im Walzwerk

Aluminiumfolien und Bleche durchlaufen bei ihrer Herstellung im letzten Verarbeitungsschritt ein Kaltwalzgerüst. Zur Kühlung und Schmierung der Walzen werden dabei Walzöle aufgesprüht. Ein Teil dieser kerosinähnlichen Kohlenwasserstoffe verdampft und verdunstet in die Umgebungsluft. Große Absaughauben über dem Walzgerüst sammeln die kontaminierte Luft und führen sie einer Rückgewinnungsanlage zu. Ihre Ventilatoren sind die größten Einzelverbraucher neben dem eigentlichen Walzenbetrieb. Mit neu entwickelten Absaughauben kann ein Anlagenbauer das Abluftvolumen und damit die erforderliche Ventilatorleistung nahezu halbieren.

Bis aus stranggegossenen, tonnenschweren Aluminiumbarren dünne Bleche oder Folien geworden sind, haben sie eine Vielzahl von Walzprozessen hinter sich. Die ersten Umformungen erfolgen bei über 500 °C auf einem Warmwalzgerüst. Zwei übereinanderliegende rotierende Walzen, deren Abstand sukzessive verringert wird, ziehen den Werkstoff durch den Walzspalt. Das dabei produzierte Aluminiumband wird zu sogenannten Coils aufgewickelt.

Die gewünschte Materialstärke erhält das aufgespulte Aluminium auf einem Kaltwalzgerüst bei Raumtemperatur. Je nach Anlage entstehen millimeterdicke Bleche oder auch nur wenige Mikrometer dicke Aluminiumfolien für Getränkeverpackungen. Die geringe Folienstärke und enge Toleranzen bei der Folienherstellung führen zu einem erheblichen verfahrenstechnischen und energetischen Aufwand. Abhängig von den Werkstoffkennwerten wählt der Anlagenbetreiber die Maschineneinstellungen und verwendet Walzöl mit speziell angepassten Additiven. Flachstrahldüsen sprühen die Flüssigkeit zur Kühlung und Schmierung auf die Arbeitswalzen.

Das Walzöl verbessert die Oberflächenqualität des Werkstoffes und verhindert, dass die dünnen Folien an den Walzen anhaften oder reißen. Gleichzeitig spült das Walzöl Feinstpartikel von der Walze und verhindert dadurch Ablagerungen („Roll Coating“). Nicht zuletzt mindert der Schmierstoff den Walzenverschleiß.

Durch die Zerstäubung, Verdampfung und Verdunstung gerät rund ein Prozent der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC - Volatile Organic Compounds) in die Umgebungsluft. Bei manchen Walzwerken wird die Abluft mit bis zu einem Gramm VOC pro Kubikmeter belastet. Große Dunsthauben über dem Walzgerüst saugen die kontaminierte Luft ab und führen sie einer Rückgewinnungsanlage zu. Bisher erreichen Dunsthauben, die im Ein- und Auslaufbereich des Walzgerüstes angebracht sind, nur eine ungerichtete Absaugung. Um einen möglichst großen Anteil der Öldämpfe zu erfassen, erfordert dieses Konzept sehr große Volumenströme. Ein weiterer Grund sind Sicherheitsaspekte: Walzöl ist ein brennbarer Gefahrstoff. Deshalb muss eine Anreicherung von Dämpfen oberhalb der Explosionsgrenze, etwa in ortsfesten Luftwirbeln, sicher verhindert werden. Je nach Anlage werden 60.000 bis 120.000 m3/h Luft aus dem Gerüstbereich abgesaugt und in Wäscher geleitet, die das Walzöl aus der Luft auswaschen.

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Große Einsparpotenziale im Walzölkreislauf

Während der Energieverbrauch des eigentlichen Walzprozesses von dem Anlagenbauer kaum beeinflusst werden kann, birgt dieser Walzölkreislauf noch große Einsparpotenziale. In großen Walzwerken werden bis zu 100 kg pro Stunde des flüchtigen VOC aus der Abluft gefiltert und als wertvoller Rohstoff zurückgewonnen. Der Walzölkreislauf besteht aus Bevorratung, Förderung, Absaugung, Filterung und Reinigung. Sein Anteil am Gesamtenergieverbrauch eines Walzgerüstes kann bei der Folienproduktion über 20% liegen. Er ist damit nach dem eigentlichen Walzen Hauptenergieverbraucher der Anlage.

Die größten Einzelverbraucher des Kreislaufes sind die Ventilatoren der Absaughauben für den Öldunst. Bei großen Bandwalzanlagen beträgt ihre Antriebsleistung bis zu 200 kW.

Wissenschaftler des Anlagenbauers Achenbach Buschhütten haben sich das Ziel gesetzt, diesen Energieverbrauch ohne Qualitätseinbußen bei der Abluftreinigung zu halbieren. Nach den Berechnungen der Forscher könnte ein typisches Walzwerk damit jährlich bis zu 330.000 kWh an elektrischer Energie einsparen.

Merkzettel

Adressen

Strömungssimulationen
Universität Siegen, IFT

BINE-Projektinfo 05/2017
(PDF, 4 Seiten, 351 kB)

Infotipp

Aluminiumfolie entfetten mit Koronabehandlung
BINE-Projektinfo 04/2013

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.