Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, Bayreuth
Projektcluster DiMaWert
Digitalisierung der Materialentwicklung entlang der Wertschöpfungsketten
Abgeschlossenes Förderprojekt
Motivation
Tiegel mit Feineisenerz-Schüttgut und Thermoelementen
Die Wärmebehandlung von Schüttgütern wird oft in sehr großem Maßstab durchgeführt, z. B. für den Klinkerbrand oder die Feineisenerzaufbereitung. Sie erfordert entsprechend viel Energie. Für die Zukunft werden effizientere Ofenanlagen benötigt, die die CO2-Bilanz signifikant verbessern. Bei der Auslegung von Ofenanlagen für die Schüttgutbehandlung fehlen verlässliche Stoffdaten für das Erwärmungsgut während der Prozessierung. Die Simulationsmodelle zum Wärmetransfer in Industrieöfen benötigen außerdem eine experimentelle Validierung, damit verlässliche Prognosen zur Anlagenplanung möglich sind.
Zielsetzung
Durch inverse Simulation bestimmte Wärmeleitfähigkeit und Emissivität des Schüttguts
In diesem Teilprojekt sollten neue Messmethoden entwickelt werden, mit denen thermische Eigenschaften von Schüttgütern während der Wärmebehandlung ermittelt werden können. Diese Verfahren sollten auch für die technisch besonders wichtigen grobkörnigen Schüttgüter anwendbar sein. Außerdem waren Verfahren zu entwickeln, mit denen eine experimentelle Validierung von Simulationsrechnungen zur Wärmeübertragung durch Leitung, Konvektion und Strahlung ermöglicht wird.
Ergebnisse
Schnitte durch den Strömungskanal mit den durch CFD-Simulation berechneten Flusslinien in der horizontalen (oben) und der längsseitigen Mittelebene (unten)
Wärmeübergangskoeffizienten an einer Luftumströmten Probe aus Al2O3
- Messung von Feineisenerz in einem Tiegel bis 1400°C für FE-Auslegung der Wärmebehandlungen an Schüttgütern: Wärmetransport in der Schüttung dominiert durch Wärmestrahlung zwischen Partikeln und steigt mit dritter Potenz der Temperatur
- Erfassung des Wärmeflusses durch Strahlung bei 1200°C über Temperaturdifferenzmessung in Strömungshindernissen bei unterschiedlich starker Belegung in einem Strahlungskanal
- Erfassung der Wärmeübergangskoeffizienten über beheiztes Strömungshindernis in einem Strömungskanal
- Messung des Wärmeflusses durch Ofenisolierungen durch Austausch bestehender Ofenisolierung in einer instrumentierten Ofentür durch zu testendes Isolierungsmaterial