Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe auf Klimakurs

Energieeffiziente Prozesswärmeführung bei CEP Freiberg

Gemessen an schmelzmetallurgischen Prozessen, ist Pulvermetallurgie ein kaltes Geschäft. Doch auch sie benötigt Prozesswärme, und das heißt: Anlagenkühlung wird gebraucht. Bekanntlich ist so etwas heute ein Fall für Energieeffizienz-Überlegungen. Man macht sich Gedanken, wie man die Abwärme noch nutzen kann und die Kühlung mit möglichst wenig zusätzlichem Energieaufwand zuwege bringt. Idealerweise ist beides im umfassenden Wärmetausch miteinander verknüpft. Aber die unterschiedliche Arbeitsweise der Anlagen setzt einem solchen Energieeffizienz-System Grenzen – so auch bei CEP Freiberg. Dann aber sollten es zumindest gute Teilsysteme sein!

Was alles der Kühlung bedarf

In den zurückliegenden Beiträgen sind die wichtigsten Anlagen zur Erzeugung unserer Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe bereits mehrfach genannt worden. Hier tauchen sie erneut auf: als Wärmequellen beziehungsweise zumindest als wärmebeaufschlagte Aggregate und somit zugleich auch als Objekte, die im Interesse der Funktionstüchtigkeit der ständigen Kühlung bedürfen:

• Mühlen zur Granulaterzeugung
• Indirekte Strangpresse
• Hydrostatische Strangpresse.

Hinzu kommen noch zwei Anlagen, die wir bisher verschwiegen haben, weil sie im Sinne des pulvermetallurgischen Prozesses eher periphär sind:

• Induktionsanlage zur Erwärmung der Blöcke
• Widerstandsofen zur Erwärmung der Grünlinge.

Wichtig sind sie trotzdem. Der Widerstandsofen erwärmt die Grünlinge zum Strangpressen. Er tut dies chargenweise: je 10 bis 20 Stück ergeben eine Ofenfüllung. Die Induktionsanlage hingegen erwärmt nur einzelne Blöcke, und zwar jeden gleich zweimal: erstens zum Einschrumpfen des Kerns aus Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff in den Kupfermantel, zweitens zur Umformung. Warum geht das nicht auf einmal? Nun, weil zwischen Einschrumpfen und Umformen noch eine mechanische Bearbeitung kommt (die „Artilleriegranate“, wir erinnern uns). Dazu muss der Block zwischendurch wieder erkalten.

Alle fünf Anlagen (bald kommt noch eine sechste hinzu), wurden bis vor kurzem als kühltechnische Insellösungen behandelt, und zwar nicht als intelligente: permanente Maximalkühlung über Kompressoren, damit garantiert nichts passiert, Abwärme ab ins Freie. Zum einen war das nicht energieeffizient, zum anderen kam die Kühlwirkung trotz maximalen Energieaufwands an heißen Sommertagen an ihre Grenzen.

Unterirdische Lösung

Das ist nun anders geworden: Mühlen und Pressen sind in einem Kühlsystem vereint, und das kommt weitgehend ohne energieaufwendige Kompessoren aus. Die Lösung ist höchst individuell. Dabei ist uns der Zufall zuhilfe gekommen, und zwar in Gestalt einer alten unterirdischen Trinkwasserzisterne auf dem Nachbargrundstück. Beides gehörte der Wohnungsgenossenschaft Freiberg. Sie hat das für sie wertlose Objekt gerne an uns verkauft. Nun dient die Zisterne als großes, natürlich gekühltes (und zugleich frostsicheres) Kühlwasserreservoir. Tagsüber wird es für die Prozesse genutzt. Nachts wird das warme Wasser der Zisterne durch einen großen energiearmen Freikühler geschickt, also eine Anlage, die mithilfe der Umgebungsluft und Wärmeübertragern das durchströmende Wasser kühlt. Das steht dann am nächsten Morgen wieder in alter Frische zur Verfügung. Die Kühlkompressoren schalten sich tagsüber nur bei Spitzenlast hinzu.

Dazu noch intelligent

Das neue Kühlsystem fährt nicht mehr permanent auf Maximallast, sondern richtet sich nach dem individuellen Kühlbedarf der Anlagen, ja sogar einzelner Anlagenteile. Eine Vielzahl von Temperatursensoren und Durchflussmesser sind über die Hydraulik in einer zentralen Steuerung miteinander verbunden. Zudem ist die Kühlanlage so eingestellt, dass das Kühlwasser mit einem Minimum an Frostschutzmittelzusatz auskommt – je weniger Frostschutz, desto mehr Wärmeaufnahmefähigkeit und somit Kühlwirkung. Eine moderne Visualisierungslösung überwacht das komplexe System. Sie zeigt den Kühlstatus aller Anlagenteile an und meldet eventuelle Störungen. Letztlich wird so mit weniger Energieaufwand eine bessere Kühlwirkung erzielt. Dafür hat sich die Prozesssicherheit erhöht, namentlich bei den Mühlen, wo es eben nicht darauf ankommt, brachial zu kühlen, sondern darauf, die Prozesstemperatur in einem genau definierten schmalen Korridor zu halten. Das ist unverzichtbar für die Qualität des Granulats und damit für die des resultierenden Halbzeugs aus Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff.

Zusatzheizung

Die Öfen mit ihrem im Vergleich zu Mühlen und Pressen deutlich anderen Arbeitsrhythmus sind nicht ins intelligente Kühlsystem eingebunden. Aber auf Knopfdruck leisten sie in der kalten Jahreszeit trotzdem ihren Beitrag zur Energieeffizienz. Dann nämlich heizen sie mit ihrer Abwärme die Werkhallen. Namentlich in Frühjahr und Herbst ersetzen sie dabei die reguläre Raumheizung sogar ganz. Man sieht: Metallurgie und klimafreundliche Energieeffizienz schließen sich überhaupt nicht aus.