InduktIves FIxturhärten Für massgenaue Werkstücke

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1 ISSN Thermoprozesstechnik, Wärmebehandlung, Anlagenbau und -betrieb InduktIves FIxturhärten Für massgenaue Werkstücke Member of AICHELIN Group INTERVIEW Alexander Wilden, Vorsitzender der Geschäftsführung der schwartz GmbH FACHBERICHT Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke: Energieeffizienz induktiver Härteanlagen PROZESSWÄRME-Tagung HärtereiPraxis 2018 Wärmebehandlung - Prozess- und Anlagentechnik - Qualitätssicherung Juni 2018, Mercure Hotel Messe & Kongress, Dortmund

2 EDITORIAL Elektrothermische Verfahren liegen im Megatrend der Energiewende Die vorliegende Ausgabe der PROZESSWÄRME beschäftigt sich ausführlich mit Elektrothermischen Verfahren in der Thermoprozesstechnik. Das induktive Erwärmungsverfahren ist vor allem als Alternative bzw. Ergänzung zur Erwärmung von Stahl, Aluminium, Titan und Kupferlegierungen in brennstoff- oder elektrisch widerstandsbeheizten Öfen vor Umformprozessen oder zur Wärmebehandlung zu verstehen. Induktive Erwärmungsverfahren werden aber auch beim volumetrischen Aushärten von CFK Kunststoffen, dem Beheizen der elektrisch leitfähigen Charge von Reaktorgefäßen und anderen Anwendungen verwendet. Neben den klassischen Verfahren zum Randschichthärten hat sich die Induktionstechnologie vor allem bei der Erwärmung und Wärmebehandlung von langgestrecktem Halbzeugen (Rohre, Stangen, Draht, Blöcke, Eisenbahnschienen, Knüppel, Bänder, Dünnbrammen) etabliert. Die betrieblichen Vorteile liegen dabei in dem relativ geringen Platzbedarf, der guten Regelbarkeit, dem Fehlen jeglicher lokalen Schadstoffemisionen, den sehr hohen Aufheizgeschwindigkeiten und der 10-fachen Energiedichte im Vergleich zu Öfen. Das Leistungspotential des Induktionsverfahrens macht dieses zur Schlüsseltechnologie bei der Realisierung von innovativen metallurgischen Prozessen. Durch induktive Vor-, Zwischen- und Nachwärmschritte können kontinuierliche Prozesse in-line optimiert werden. Diese hybriden oder verketteten Anlagen machen es u. a. möglich, Walzprozesse energieeffizient in einer Hitze zu Ende zu führen, abgekühlte Randschichtzonen kontinuierlich nachzuwärmen, ein homogenes Temperaturprofil über den Querschnitt herzustellen oder axiale Temperaturunterschiede zu messen und in Sekundenschnelle im Durchlauf auszugleichen. Produktionsdaten wie Mess- und Einstellungswerte können auf individueller Wärmgutbasis generiert, erfasst und zur Dokumentation, Prozessführung und zum Qualitätsmanagement im Sinne der Digitalisierung von Produktionsprozessen verwertet werden. Als potentielle Substitutionstechnologie für fossil brennstoffbeheizte Erwärmungsanlagen ist das elektrische Induktionsverfahren auch Gegenstand der Überlegungen zur Erreichbarkeit von politisch gesetzten Klimazielen, CO 2 -Footprint industrieller Erwärmungsprozesse sowie der Nutzung regenerativ "erzeugter", elektrischer Energie. Bei der Verbrennung eines m³ Erdgas bzw. eines Liters Benzin entstehen immerhin 2 kg bzw. 2,3 kg CO 2. Bei jeder Autofahrt von 100 km produzieren Sie damit etwa 17 kg CO 2, bei der Erwärmung von 1 t Stahl oder Aluminium auf Umformtemperatur, unter Berücksichtigung der Wirkungsgrade, etwa 50 bis 70 kg CO 2. Der in Reform befindliche industrielle EU- Emissionshandel legt heute einen Preis von etwa 8,50 /t CO 2 fest, aktuell stehen jedoch über 30 /t zur Debatte, mit Auswirkungen auf die Wettbewerbsfähigkeit. Ähnlich wie bei der Diskussion um die e-mobility ist es ein noch zu lösendes Problem, die erforderlichen Energiemengen (Strom, biogene und und synthetische Brennstoffe) regenerativ zu erzeugen und bereitzustellen. Aus betriebswirtschaftlicher Perspektive sind auch die Kosten der elektrischen Energie jener des Brennstoffs gegenüberzustellen, was jedoch bei weitem nicht hinreichend für eine ganzheitliche betriebliche Entscheidung ist. In diesem Zusammenhang liegen die elektrischen Erwärmungsverfahren im Megatrend der gesellschaftspolitischen Diskussion über die Energiewende, wobei die oben genannten technologischen Vorzüge im Rahmen der Prozessoptimierung schon ausreichen würden, der Induktionserwärmung eine vielversprechende Zukunft zu attestieren. Ich wünsche Ihnen viel Freude bei der Lektüre! Hon.-Prof. Dr. Johann Rinnhofer Geschäftsführer SMS Elotherm GmbH 1

3 Inhaltsverzeichnis 6 FASZINATION TECHNIK Quarzglas-Drehrohrofen für die Wärmebehandlung 19 INTERVIEW BDG: Heiko Lickfett über die Gießerei-Industrie Fachberichte Elektrothermische Verfahren von Bernard Nacke 43 Energieeffizienz induktiver Härteanlagen Energy efficiency of induction hardening installations von Wilfried Schmitz, Dietmar Trauzeddel 49 Einsatz des Mittelfrequenz tiegelofens für spezifische metallurgische Aufgaben Medium frequency coreless induction furnace for specific metallurgical tasks von Wladimir Ebel, Martin Kroll, Alexander Nikanorov, Egbert Baake 56 Numerische Simulation des induktiven HF-Längsnahtschweißens Numerical simulation of inductive HF longitudinal welding of cladded pipes Wärmebehandlung von Thomas Friedhelm Kohlmeyer, Herbert Tepr 69 Wärmebehandlung zur Fertigung von Elektro-Rohrheizkörpern Heat treatment for the production of electrical tubular heating elements MSR & Automatisieren von Albert Book, Alexander Ulferts, Frank Andrä 76 Bedeutung und Einfluss der Temperatur bei der Schmiedeerwärmung The importance and influence of temperature measurement on forge heating 2 PROZESSWÄRME

4 78 FACHBERICHT Bedeutung der Temperatur bei der Schmiedeerwärmung 76 FOKUS Die Fachtagung HärtereiPraxis 2018 Komponenten & Services von Hartmut Sauter, Fabian Engel 83 Querstromventilatoren im Industrieofenbau Tangential fans in industrial furnace construction Forschung & Entwicklung von Aigul Haibullina, Vladimir Ilin, Martin Schulze, Nazif Zinnatullin, Aidar Hairullin 89 Verbesserung des Wärme austausches von Rohrbündel wärmetauschern Improvement of the heat exchange of tube bundle heat exchangers Interview 19 Heiko Lickfett, Cesare Troglio und Dr. Christian Schimansky, BDGuss Elektromobilität führt zu erhöhtem Gussbedarf Bright World of Metals 31 E- Mobilität: Elektrisiert mit Stahl und Guss Sonderteil: wire & Tube 37 Willkommen zur wire und Tube 2018 Nachrichten 8 Wirtschaft und Unternehmen 30 Fortbildung 22 Veranstaltungen 34 Personalien 24 Messen/Kongresse/Tagungen 35 Medien 3

5 101 IM PROFIL Fachgebiet Gießereitechnik, Universität Kassel 114 AUS DER PRAXIS CE-Kennzeichnung von Chargiervorrichtungen Im Fokus 66 HärtereiPraxis 2018 bietet Wissen für Praktiker Nachgefragt 97 Alexander Wilden, Vorsitzender der Geschäftsführung der schwartz GmbH Wir setzen auf Kundennähe und schlanke Strukturen Im Profil 101 Fachgebiet für Gießereitechnik an der Universität Kassel Grundlagen 107 Grundlagen der induktiven Erwärmung Wirtschaft & Management 110 Kapazitätsanpassungen in der europäischen Stahlindustrie: Unausweichlich, aber schwierig zu erreichen Aus der Praxis 114 CE-Kennzeichnung von Chargiervorrichtungen 117 Wirbelbett-Wärmebehandlung für Bauteile im Werkzeug- und Automobilbau Firmenporträt 144 Allied Minerals Products, Europe, B.V. 4 PROZESSWÄRME

6 Die Kunst der Induktion 97 NACHGEFRAGT Alexander Wilden, Vorsitzender der Geschäftsführung der schwartz GmbH Marktübersicht 120 I. Thermoprozessanlagen für industrielle Wärmebehandlungsverfahren 129 II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe 140 III. Beratung, Planung, Dienstleistungen, Engineering 142 IV. Fachverbände, Hochschulen, Institute und Organisationen 142 V. Messegesellschaften, Aus- und Weiterbildung RUBRIKEN 1 Editorial 6 Faszination Technik 118 Inserentenverzeichnis 3. US Impressum Wärmebehandlung mit Induktion, abgestimmt auf Ihre Prozesse. Dafür entwickeln und bauen wir effiziente Systeme und Anlagen: Frequenzumrichter, Induktoren, Rückkühlsysteme, Spektralpyrometer. H I M M E L W E R K Tübingen 5