Vergleich numerischer Simulationen von Tiegelöfen zur Beschreibung energierelevanter Betriebszustände
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Alexander Mages
Alexander Mages, M. Sc., geb. 1994, ist seit 2019 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart und arbeitet in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA an nationalen und internationalen Projekten. Sein Schwerpunkt ist die thermische Modellierung von Systemen.
and
Alexander Sauer
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm. Alexander Sauer, geb. 1976, studierte an der RWTH Aachen Maschinenbau und Betriebswirtschaftslehre und promovierte am WZL der RWTH Aachen. Er ist Leiter des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.
Abstract
Mit einem Gesamtenergieverbrauch von 4,2 TWh zählen die Nichteisen-Metallgießereien zu den besonders energieintensiven Branchen. Insbesondere der Prozessschritt Schmelzen benötigt etwa 50 Prozent des Energieverbrauchs. Hierbei können numerische Methoden unterstützen, das Potenzial zu erschließen. Daher wird in diesem Beitrag der Stand der Technik der numerischen Simulationen zur Beschreibung elektrisch widerstands- und brennstoffbeheizter Tiegelöfen hinsichtlich darstellbaren energierelevanten Betriebszuständen eingeordnet und bewertet. Simulationsmodelle nur brennstoffbeheizter Tiegelöfen basieren auf stark vereinfachenden oder unklaren Annahmen, die einzelne Betriebszustände nur grob abbilden. Numerische Simulationsmodelle elektrisch widerstandsbeheizter Schmelzöfen können hingegen Betriebszustände bereits detaillierter abbilden, womit diese zur simulationsbasierten Optimierung besser geeignet sind.
Abstract
With a total energy consumption of 4.2 TWh, non-ferrous metal foundries are among the most energy-intensive sectors. In particular, the melting process step requires about 50 % of the energy consumption. The energy savings potential, which can be achieved e. g., by modernizing plants or optimizing designs, is correspondingly large. Numerical methods, in particular, can help to tap this potential. This paper, therefore, classifies and evaluates the state of the art of models based on numerical methods for the description of resistance- and fuel-heated crucible furnaces concerning representable energy-relevant operating states. Models of fuel-heated crucible furnaces exhibit highly simplifying or unclear assumptions that only roughly represent individual operating states. On the other hand, electrically heated models can already represent a larger operating range. Numerical simulation models of electrically resistance-heated melting furnaces, on the other hand, can already represent operating conditions in greater detail, making them more suitable for simulation-based optimization.
Hinweis
Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen von den Mitgliedern des ZWF-Advisory-Board wissenschaftlich begutachteten Fachaufsatz (Peer Review).
Förderhinweis
Diese Veröffentlichung ist im Rahmen des Forschungsprojekts SynErgie II (Förderkennzeichen: 03SFK3K1-2) entstanden, welches mit den Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird.
About the authors
Alexander Mages, M. Sc., geb. 1994, ist seit 2019 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart und arbeitet in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA an nationalen und internationalen Projekten. Sein Schwerpunkt ist die thermische Modellierung von Systemen.
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm. Alexander Sauer, geb. 1976, studierte an der RWTH Aachen Maschinenbau und Betriebswirtschaftslehre und promovierte am WZL der RWTH Aachen. Er ist Leiter des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.
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