Praxishandbuch Thermoprozesstechnik

Herbert Pfeifer, Bernard Nacke Franz Beneke (Hrsg.) Praxishandbuch Thermoprozesstechnik Band I: Grundlagen Prozesse Verfahren 2. Auflage inkl. Datenträger

Metall - Keramik - R&D Gießen von Turbinenschaufeln, Turboladerrädern γ-tial, Ti, Ni-Basis. Induktionsbeheizte Zentrifugalgießmaschinen für Präzisionsfeinguß bis 2 kg Ti /TiAl, 3 kg Stahl, 1 kg Al/Mg, u.a. Vorwärmen von keramischen Gießformen für TiAl, Ti, Pt, Ni-Basis. Drehherdöfen 43 kw, 1100 C. 3 Drehteller (Ø 940 mm, Abstand 350 mm). Faserfrei. Glühen, Löten, Tempern unter Schutzgas / Vakuum. Wärmebehandlung von Federn und Coils (Draht, Band), Herstellung von Metallschäumen. Schutzgas- /Vakuumkammeröfen mit Gas - umwälzung bis 1200 C, 2000 l mit hitzebeständiger gasdichter Muffel. Halbautomatische Titan-Gießlinie bestehend aus Drehherdöfen, Nachwärme-Schutzgas-Banddurchlaufofen und Zentrifugalgießmaschinen. Trocknen und Kühlen beschich - teter Aluminium- Motorkolben. Taktdurchlauföfen 126 kw, 250 C. Länge 9 m, 10 s Takt, ca. 360 Stück/h. Tel.: 09665 9140-0 Fax: 09665 1720 E-Mail: info@linn.de www.linn.de

Herbert Pfeifer, Bernard Nacke, Franz Beneke (Hrsg.) III Praxishandbuch Thermoprozesstechnik Band I: Grundlagen Prozesse Verfahren 2. Auflage VULKAN VERLAG

IV Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar. ISBN 978-3-8027-2947-8 (+ CD) ISBN 978-3-8027-2949-2 (+ DVD) 2010 Vulkan-Verlag GmbH Huyssenallee 52-56, D-45128 Essen Telefon: (02 01) 8 20 02-0, Internet: http://www.vulkan-verlag.de Titelbild (Quelle): SMS Elotherm GmbH Das Werk einschließlich aller Abbildungen ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Herausgeber und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler keine Haftung. Lektorat/Projektmanagement: Stephan Schalm E-Mail: s.schalm@vulkan-verlag.de

We understand Metals Anlagenbau und Edelstahlgießerei Innovation, Prozesskompetenz und Kundenfreundlichkeit sind kennzeichnend für das 1924 gegründete, weltweit agierende Unternehmen. Gießereianlagen: Schmelz-, Gieß- und Warmhalteöfen für alle Einsatzgebiete Wärmebehandlungsanlagen: Anlagensysteme zum Erwärmen, Wärme- und Oberflächenbehandeln für die NE-Industrie Edelstahlgießerei: Hochwertige einbaufertige Stahlgussteile für anspruchsvolle Anwendungen OTTO JUNKER GmbH Postfach 11 80 D 52147 Simmerath Fon: +49 2473 601-0 Fax: +49 2473 601-600 info@otto-junker.de www.otto-junker-group.com

Vorwort VII Vorwort Das Praxishandbuch Thermoprozesstechnik Band I erscheint nun in einer 2., vollständig überarbeiteten Auflage. Damit wird die Tradition des Vulkan-Verlags, Fachbücher auf dem Gebiet des Industrieofenbaus bzw. der Thermoprozesstechnik zu publizieren, fortgesetzt. Der vorliegende Band I beinhaltet Grundlagen, Prozesse und Verfahren. Dieser vermittelt die Grundlagen der Wärmebehandlung, des Wärme- und Impulstransports, der Verbrennung und der Elektrowärmeverfahren. Darüber hinaus ist die Vakuum- und Schutzgastechnik für die Thermoprozesstechnik abgehandelt. Letztlich wird auch eine Übersicht über wichtige Hochtemperaturwerkstoffe des Industrieofenbaus gegeben. Dieser erste Band zeigt eindrücklich, dass das Gebiet der Thermoprozesstechnik einen sehr großen Bereich der Technik abdeckt. Dies ist nur durch eine größere Anzahl von Autoren zu leisten. Unser Dank gilt deshalb in ganz besonderem Maße diesen Autoren und den sie beschäftigenden Unternehmen. Dieser Dank gilt auch den Mitarbeitern des Vulkan-Verlags, hier sei stellvertretend für alle Herr Dipl.-Ing. Stephan Schalm genannt, die durch Ihren Einsatz ebenfalls am Gelingen dieses Buches maßgeblich beigetragen haben. Prof. Dr.-Ing. Herbert Pfeifer Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke Dr.-Ing. Franz Beneke

Tageslastgang der Schmelzöfen einer Giesserei ETP Institut für Elektroprozesstechnik Forschung, Entwicklung, Beratung und Service Entwicklung und Optimierung von elektrothermischen Prozessen und Anlagen: Induktive Schmelztechnik - Schmelzen im Kaltwand-Induktionsofen - Schmelztechniken für Keramiken und Gläser - Stoff- und Wärmetransport im Induktionsofen Induktive Erwärmung von Metallen - Induktive Banderwärmung - Hybridverfahren mit Gas, Laser,... - Randschichthärten komplexer Geometrien - Innovative Lösungen zur Durcherwärmung Herstellung neuer Werkstoffe Züchtung von Halbleiter-Einkristallen Thermische Behandlung von Werkstoffen Elektromagnetische Beeinflussung von Materialien ¼ h-leistungsmittelwerte 6000 Ressourcen- und umweltschonende 5000 Energienutzung: 4000 Energiemanagement 3000 von Geb uden und industriellen Anlagen 1/4 h-leistungsmittelwerte in kw ä 2000 Energiebedarf und CO2-Emission von Prozesswärmeverfahren 1000 Solare Energiesysteme 0 Infrarot-Thermografie Uhrzeit Ofen 1 Ofen 2 Ofen 3 Ofen 4 Ofen 5 EMV-Messungen 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 Problemlösungen durch: Experimentelle Untersuchungen an Versuchs- und Industrieanlagen Entwicklung neuer Messsysteme Numerische Modellierung und Prozesssimulation von gekoppelten elektromagnetischen, thermischen und fluiddynamischen Effekten Einsatz von automatischen Optimierungsverfahren Beratung von Energieversorgern sowie Anlagenherstellern und Anwendern elektrothermischer Prozesse Kontakt Info Institut für Elektroprozesstechnik Wilhelm-Busch-Str.4 D-30167 Hannover Tel.: +49 511 762 2872 Fax: +49 511 762 3275 homepage: http://www.etp.uni-hannover.de Prof. Dr.-Ing. B. Nacke Tel.: +49 511 762 5533 nacke@etp.uni-hannover.de Prof. Dr.-Ing. E. Baake Tel.: +49 511 762 3248 baake@etp.uni-hannover.de

Geleitwort IX Geleitwort Die Thermoprozesstechnikbranche, deren Kern der Industrieofenbau ist, kümmert sich sowohl um die Erzeugung von Stoffen als auch um die Einstellung von gewünschten Qualitätseigenschaften und bestimmter Gestaltungsformen der behandelten Materialien durch Wärme. Die Bandbreite reicht von der thermischen Gewinnung, dem Schmelzen, der Pulvermetallurgie, dem Wärmen und Wärmebehandeln, dem Trocknen und Oberflächenbehandeln bis hin zum Recyceln mit thermischen Prozessen. Die Thermoprozesstechnik findet Anwendung in nahezu allen Branchen der Investitionsgüterindustrie, wie der Eisen- und Stahlindustrie, der Automobil- und Automobilzulieferindustrie, dem Maschinenbau, den Gießereien, der Keramik- und Glasindustrie etc. Angesichts der Fülle der in der Praxis eingesetzten Anlagen und Verfahren einerseits sowie der Vielzahl kleinerer und mittlerer, hoch spezialisierter und innovativer Unternehmen andererseits ist die Branche äußerst vielfältig. Die gute Zusammenarbeit von Herstellern, Forschungsstellen und Anwendern sowie die enge Verbindung von Forschung und Entwicklung, Konstruktion, Bau und Vertrieb ist ein wesentliches Kennzeichen der Branche. Dies spiegelt sich auch in den Aktivitäten des Fachverbandes Thermoprozess- und Abfalltechnik im VDMA wider, in dem die Branchenunternehmen organisiert sind. Es verwundert deshalb nicht, dass die Autoren dieses Handbuchs insbesondere durch die industrielle Gemeinschaftsforschung mit dem Fachverband eng verbunden sind. Der Fachverband begrüßt und unterstützt deshalb die Initiative des Vulkan-Verlags, das Handbuch, das erstmalig 2002 erschien, neu aufzulegen und zu überarbeiten. Wir danken dem Vulkan-Verlag, den Herausgebern und Autoren für den erheblichen Einsatz zur Realisierung dieses umfangreichen Werks und wünschen den auf diesem Gebiet tätigen Studierenden und Ingenieuren einen regen Gebrauch dieses Praxishandbuchs. Dr. Gutmann Habig Geschäftsführer des Fachverbandes Thermoprozess- und Abfalltechnik im VDMA

X Autorenverzeichnis Autorenverzeichnis Prof. Dr.-Ing. Egbert Baake Leibniz Universität Hannover Institut für Elektroprozesstechnik Wilhelm-Busch-Straße 4 D-30167 Hannover Dipl.-Ing. Friedherz H. Becker Riedhammer GmbH Klingenhofstraße 72 D-90411 Nürnberg Dr.-Ing. Franz Beneke VDMA Fachverband TPT Lyoner Straße 18 D-60528 Frankfurt am Main Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Bleck RWTH Aachen University Institut für Eisenhüttenkunde Intzestraße 1 D-52072 Aachen Dipl.-Ing. Johann Daimer SGL CARBON GmbH Werner-von-Siemens-Straße 18 86405 Meitingen Dr. rer. nat. Heike Hattendorf ThyssenKrupp VDM GmbH Kleffstraße 23 D-58762 Altena Dr.-Ing. Hartmut Hegeler Nikolaus Sorg GmbH & Co. KG Stoltestraße 23 97816 Lohr am Main Dr.-Ing. Volker Heuer ALD Vacuum Technologies GmbH Wilhelm-Rohn-Straße 35 D-63450 Hanau Dr. Hubert Jäger SGL CARBON GmbH Werner-von-Siemens-Straße 18 86405 Meitingen Dipl.-Ing. Dirk Joritz Ipsen International GmbH Flutstraße 78 D-47533 Kleve Prof. Dr.-Ing. Carl Kramer WSP GmbH An der Glashütte 10 D-52074 Aachen Dr.-Ing. Erwin Dötsch ABP Induction Systems GmbH Kanalstraße 25 D-44147 Dortmund Dr.-Ing. Jutta Klöwer ThyssenKrupp VDM GmbH Kleffstraße 23 D-58762 Altena Dipl.-Ing. Peter Haase Wilh. Schulz GmbH Spezialglühbetrieb Hülser Straße 764 A D-47803 Krefeld Dr.-Ing. Klaus Löser ALD Vacuum Technologies GmbH Wilhelm-Rohn-Straße 35 D-63450 Hanau

Autorenverzeichnis Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke Leibniz Universität Hannover Institut für Elektroprozesstechnik Wilhelm-Busch-Straße 4 D-30167 Hannover Prof. Dr.-Ing. Herbert Pfeifer RWTH Aachen University Institut für Industrieofenbau u. Wärmetechnik Kopernikusstraße 16 D-52074 Aachen Dr.-Ing. Volker Uhlig Technische Universität Bergakademie Freiberg Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik Gustav-Zeuner-Straße 7 D-09596 Freiberg Dipl.-Ing. Heinz Wimmer RATH GmbH Krefelderstraße 680-682 D-41066 Mönchengladbach XI Dipl.-Ing. Michael Springer FBB Engineering GmbH Puechhaimgasse 43 A-3580 Horn 1. Praxistagung Energieeffi zienz www.energieeffizienz-thermoprozess.de Termin: Dienstag, 02.06.2009, Veranstaltung (10:00 17:00 Uhr) Gemeinsame Abendveranstaltung ab 19:00 Uhr Mittwoch, 03.06.2009, Veranstaltung (9:00 17:00 Uhr) in der Alle Vorträge & Impressionen Ort: Essen, Intercity Hotel www.intercityhotel.com jetzt Online Zielgruppe: pe: Hersteller und Betreiber von industriellen Thermoprozessanlagen www.energieeffizienz-thermoprozess.de Mehr Information und Online-Anmeldung ng unter www.energieeffizienz-thermoprozess.de Veranstalter

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Inhalt XIII Inhalt Vorwort... Geleitwort... Autorenverzeichnis... VII IX X 1. Einleitung... 1 1.1 Definition des Begriffs Thermoprozesstechnik... 2 1.2 Systematik und Klassifikation der Thermoprozessanlagen... 3 1.2.2 Ofenart... 4 1.2.3 Gutlagerung... 9 1.2.4 Erwärmungsprinzip... 14 1.2.5 Hüllmittel... 25 1.2.6 Produktionsbereich... 26 2. Werkstofftechnische Grundlagen... 31 2.1 Schmelzen... 32 2.1.1 Eisenwerkstoffe... 32 2.1.1.1 Stahlherstellung... 35 2.1.1.2 Sekundärmetallurgie der Stahlherstellung... 37 2.1.1.3 Schmelzen von Eisenguss... 37 2.1.2 Aluminium... 41 2.1.2.1 Primär- und Sekundäraluminium... 41 2.1.2.2 Guss- und Knetlegierungen... 42 2.1.2.3 Qualität der Aluminiumschmelze... 42 2.1.2.4 Schmelzebehandlung... 44 2.1.3 Kupferwerkstoffe... 45 2.1.3.1 Kupfergewinnung... 45 2.1.3.2 Kupfersorten und -legierungen... 45 2.1.3.3 Oxidierendes und reduzierendes Schmelzen... 46 2.1.4 Glas... 48 2.1.4.1 Glasarten und -rohstoffe... 48 2.1.4.2 Herstellung von Glas... 50 2.1.4.3 Glasschmelzanlagen... 52 2.2 Grundlagen der technischen Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe.. 57 2.2.1 Härten... 60 2.2.1.1 Begriffsbestimmung... 60 2.2.1.2 Vergüten (Härten und Anlassen)... 61 2.2.1.3 Prüfung der Härtbarkeit... 72 2.2.1.4 Berechnung der Härtbarkeit... 75 2.2.1.5 Einsatzhärten... 76 2.2.1.6 Eigenschaften gehärteter Werkstücke... 77 2.2.2 Glühbehandlungen... 81 2.2.2.1 Diffusionsglühen... 81

XIV Inhalt 2.2.2.2 Grobkornglühen... 84 2.2.2.3 Normalglühen... 86 2.2.2.4 Weichglühen... 88 2.2.2.5 Rekristallisationsglühen... 92 2.2.2.6 Spannungsarmglühen... 98 2.2.2.7 Kombinierte Glühverfahren... 99 2.2.2.8 Patentieren von Drähten... 99 2.2.3 Beschreibung der Austenitumwandlung für technische Anwendungen... 100 2.2.3.1 Ermittlung der Ungleichgewichtsschaubilder... 100 2.3 Grundlagen der technischen Wärmebehandlung von nichtmetallischanorganischen Werkstoffen... 103 2.3.1 Einteilung von nichtmetallisch-anorganischen Werkstoffen... 103 2.3.2 Natursteine... 104 2.3.2.1 Magmatite... 104 2.3.2.2 Sedimente... 104 2.3.2.3 Metamorphite... 105 2.3.3 Glas... 105 2.3.3.1 Rohstoffe und Herstellung... 105 2.3.3.2 Wärmebehandlung von Glas... 106 2.3.3.3 Formgebung von Glas... 106 2.3.3.4 Eigenschaften von Glas und ihre Beeinflussung... 107 2.3.4 Keramik... 109 2.3.4.1 Einteilung keramischer Werkstoffe... 110 2.3.4.2 Sintern keramischer Werkstoffe... 113 2.3.4.2.1 Anfangsstadium... 115 2.3.4.2.2 Zwischenstadium... 116 2.3.4.2.3 Endstadium... 118 2.3.4.2.4 Sintern von Hartporzellan... 119 2.3.5 Nichtmetallisch-anorganische Bindemittel... 120 2.3.5.1 Zement... 120 2.3.5.1.1 Zementarten... 121 2.3.5.1.2 Sintern zum Zementklinker... 122 2.3.5.2 Kalk... 123 2.3.5.2.1 Enstehung von Calciumcarbonat... 123 2.3.5.2.2 Kalzinieren von Calciumcarbonat... 123 2.3.5.3 Gips... 124 2.3.5.3.1 System CaSO 4 - H 2 O... 125 2.3.5.3.2 Dehydratisierung des Gipses... 125 3. Wärmeübertragung... 129 3.1 Grundgleichungen der Wärmeübertragung... 130 3.2 Wärmeleitung... 131 3.2.1 Fouriersches Gesetz... 131 3.2.2 Fouriersche Wärmeleitungsgleichung... 131 3.2.3 Eindimensionale, stationäre Wärmeleitung... 133 3.2.4 Wärmeübertragung an Rippen... 137 3.2.4.1 Wärmeübertragung an Rippen mit konstanten Querschnitten... 138

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XVI Inhalt 3.2.4.2 Rippenwirkungsgrad... 139 3.2.5 Instationäre Wärmeleitung... 145 3.2.5.1 Körper mit hoher Wärmeleitfähigkeit... 146 3.2.5.2 Ebene Wand mit Konvektion... 148 3.2.5.3 Unendlich langer Zylinder mit Konvektion... 153 3.2.5.4 Kugel mit Konvektion... 154 3.2.5.5 Der einseitig unendlich ausgedehnte Körper... 157 3.2.6 Numerische Lösung von Wärmeleitungsproblemen... 157 3.2.6.1 Numerische Lösung stationärer Wärmeleitungsprobleme... 159 3.2.6.2 Numerische Lösung instationärer Wärmeleitungsprobleme... 167 3.3 Wärmestrahlung... 172 3.3.1 Schwarze Strahlung... 174 3.3.1.1 Plancksches Verteilungsgesetz... 175 3.3.1.2 Wiensches Verschiebungsgesetz... 176 3.3.1.3 Stefan-Boltzmannsches Gesetz... 177 3.3.2 Oberflächenemission - Reflektion, Absorption, Transmission... 177 3.3.3 Strahlungsaustausch zwischen diffusen, grauen Flächen... 183 3.3.3.1 Einstrahlzahlen (view factors)... 183 3.3.3.2 Berechnete Einstrahlzahlen... 185 3.3.3.3 Strahlungsaustausch zwischen schwarzen Oberflächen... 185 3.3.3.4 Strahlungsaustausch zwischen grauen Oberflächen in einem geschlossenen Raum... 188 3.3.4 Gasstrahlung; Strahlung von Gasgemischen... 191 3.3.4.1 Absorption und Strahlung in Gasen mit konstanten Temperaturen... 191 3.3.4.2 Emissionsgrade von Gasen bei einem Gesamtdruck von p = 1 bar... 195 3.3.4.3 Strahlungsaustausch zwischen Gas und Wand... 200 3.4 Konvektion... 202 3.4.1 Bestimmung von Wärmeübergangskoeffizienten mittels dimensionsloser Kennzahlen... 204 4. Brennstoffe und Verbrennung... 209 4.1 Einteilung der Brennstoffe... 210 4.2 Zusammensetzungen gasförmiger Brennstoffe... 211 4.3 Eigenschaften und Kenndaten von Gasen und gasförmigen Brennstoffen 211 4.3.1 Zusammensetzung eines Gasgemisches... 212 4.3.2 Molare Masse eines Gasgemisches... 212 4.3.3 Molares Volumen eines Gasgemisches... 215 4.3.4 Dichte... 215 4.3.5 Relative Dichte... 215 4.3.6 Bezugszustand... 215 4.3.7 Brennwert H o,n... 215 4.3.8 Heizwert H u,n... 216 4.3.9 Wobbe-Index eines gasförmigen Brennstoffs... 217 4.3.10 Zündtemperatur eines gasförmigen Brennstoffs... 217 4.3.11 Zündgrenzen eines gasförmigen Brennstoffs... 218 4.3.12 Spezifische Wärmekapazität und Enthalpie... 221

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XVIII Inhalt 4.4 Verbrennung... 223 4.4.1 Grundgleichungen der Verbrennung... 223 4.4.1.1 Reaktionsgleichungen... 225 4.4.1.2 Sauerstoff- und Luftbedarf der Verbrennung... 228 4.4.1.3 Abgase bei der Verbrennung... 229 4.4.2 Energetik der Verbrennungsprozesse... 236 4.4.2.1 Verbrennungstemperatur... 238 4.4.2.2 Abgasverluste... 245 4.2.2.3 Feuerungstechnischer Wirkungsgrad... 246 5. Elektrothermische Verfahren... 251 5.1 Übersicht der Elektrothermischen Verfahren und deren Anwendungs gebiete in der Industrie... 252 5.2 Direkte Erwärmungsverfahren... 256 5.2.1 Mathematische Grundlagen und Berechnung direkter Erwärmungsverfahren... 257 5.2.1.1 Elektromagnetisches Feld... 257 5.2.1.2 Temperaturfeld... 264 5.2.1.3 Kopplung von elektromagnetischem und thermischem Feld... 265 5.2.1.4 Fluiddynamisches Feld... 266 5.2.1.5 Methoden zur numerischen Berechnung... 268 5.2.2 Induktive Erwärmung... 273 5.2.2.1 Physikalische und technische Grundlagen... 273 5.2.2.2 Induktives Schmelzen... 276 5.2.2.3 Induktive Erwärmung zum Wärmebehandeln, Umformen sowie zum Fügen und Trennen... 282 5.2.3 Konduktive Erwärmung... 290 5.2.3.1 Physikalische und technische Grundlagen... 290 5.2.3.2 Anwendungsbereiche und Anlagentechniken... 292 5.2.3.3 Energieversorgung und Energiebedarf... 293 5.2.4 Dielektrische Erwärmung... 294 5.2.4.1 Physikalische und technische Grundlagen... 294 5.2.4.2 Hochfrequenzerwärmung... 296 5.2.4.3 Mikrowellenerwärmung... 299 5.3 Indirekte Erwärmungsverfahren... 302 5.3.1 Widerstandserwärmung... 302 5.3.1.1 Physikalische und technische Grundlagen... 303 5.3.1.2 Anlagentechniken und Anwendungsbereiche... 305 5.3.2 Infraroterwärmung... 306 5.3.2.1 Physikalische und technische Grundlagen... 306 5.3.2.2 Anlagentechniken und Auslegungskriterien... 307 5.3.2.3 Anwendungsbereiche... 308 5.3.3 Lichtbogenerwärmung... 309 5.3.3.1 Physikalische und technische Grundlagen... 309 5.3.3.2 Anwendungen... 310 5.3.4 Plasmaerwärmung... 313 5.3.4.1 Physikalische und technische Grundlagen... 313 5.3.4.2 Anwendungsbereiche der Plasmastrahlverfahren... 314

Inhalt XIX 5.3.4.3 Anwendungsbereiche der Plasmawärmebehandlung und Plasmaoberflächentechniken... 315 5.3.5 Laserstrahlerwärmung... 318 5.3.5.1 Physikalische und technische Grundlagen... 318 5.3.5.2 Anwendungsbereiche... 319 5.3.6 Elektronenstrahlerwärmung... 322 5.3.6.1 Physikalische und technische Grundlagen... 322 5.3.6.2 Anlagentechniken und Anwendungsbereiche... 324 5.3.7 Funkenerosion... 325 5.3.7.1 Physikalische und technische Grundlagen... 325 5.3.7.2 Anwendungstechniken... 326 5.3.7.3 Anlagenaufbau... 327 5.3.7.4 Anwendungsbereiche... 327 6. Energiebilanz von Industrieöfen und Energieeffizienz... 331 6.1 Massenbilanz... 332 6.2 Energiebilanz... 332 6.2.1 Erster Hauptsatz der Thermodynamik... 333 6.2.2 Arbeit... 335 6.2.3 System und Systemgrenze... 336 6.2.4 Enthalpie, innere Energie... 339 6.3 Bewertung von Bilanzen... 342 6.3.1 Nutzungsgrad... 343 6.3.2 Wirkungsgrad... 344 6.3.3 Definition von Wirkungsgraden... 345 6.4 Wirkungsgrade eines Ofens ohne Luftvorwärmung... 349 6.5 Wirkungsgrade eines Ofens mit Luftvorwärmung... 354 6.6 Wirkungsgrade und Energiebilanzen von elektrothermischen Verfahren... 357 6.6.1 Wirkungsgradketten... 359 6.6.2 Wirkungsgrade für die elektrothermische Energiewandlung bei direkten elektrothermischen Erwärmungsverfahren... 362 6.6.3 Beispiele für Energiebilanzen elektrothermischer Verfahren... 363 6.7 Energieeffizienz von Industrieöfen... 365 6.7.1 Methodik zur Verbesserung der Energieeffizienz von Industrieöfen... 365 6.7.2 Energieeffizienz von elektrothermischen Verfahren... 366 6.7.2.1 Optimierung vorhandener Prozesse und Anlagen... 368 6.7.2.2 Substitution oder Ergänzung konventioneller thermischer Prozesse und Anlagen... 369 6.7.2.3 Entwicklung und Einführung neuer hocheffizienter Verfahren... 369 6.8 Beispiele für Energiebilanzen brennstoffbeheizter Industrieöfen... 371 7. Thermoprozessanlagen mit Gasumwälzung... 379 7.1 Anwendungsgebiete... 380 7.2 Die Thermoprozessanlage mit Gasumwälzung als Strömungskreislauf... 381