DE102008050927B4 - Energetically optimized process, in which workpieces are heated, as well as workpiece conveyor and heat transfer unit - Google Patents
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Abstract
Verfahren, insbesondere Industrieprozess, wobei Werkstücke (16, 17) vor und/oder während einer Behandlung und/oder Bearbeitung erhitzt werden und nach der Behandlung und/oder Bearbeitung abgekühlt werden, wobei die thermische Energie der behandelten und/oder bearbeiteten Werkstücke (17) zur Bereitstellung von Wärmeenergie und/oder zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie von jeweils einem abzukühlenden Werkstück (17) und auch von diesem Werkstück (17) stammendem Abfall und/oder Ausschuss auf ein noch zu behandelndes und/oder zu bearbeitendes Werkstück (16) übertragen wird.Method, in particular industrial process, wherein workpieces (16, 17) are heated before and / or during treatment and / or processing and are cooled after treatment and / or processing, the thermal energy of the treated and / or processed workpieces (17) is used to provide thermal energy and / or to generate electrical energy, characterized in that the thermal energy from a workpiece (17) to be cooled and also from this workpiece (17) originating waste and / or scrap is transferred to a yet to be treated and / or workpiece to be processed (16) is transferred.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere Industrieprozess, wobei Werkstücke vor und/oder während einer Behandlung und/oder Bearbeitung erhitzt werden und nach der Behandlung und/oder Bearbeitung abgekühlt werden, wobei die thermische Energie der behandelten und/oder bearbeiteten Werkstücke zur Bereitstellung von Wärmeenergie und/oder zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt wird.The present invention relates to a method, in particular industrial process, wherein workpieces are heated before and / or during a treatment and / or processing and cooled after treatment and / or processing, wherein the thermal energy of the treated and / or machined workpieces to provide Heat energy and / or used to generate electrical energy.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Werkstückförderer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Wärmeübertragungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder für einen erfindungsgemäßen Werkstückförderer.Furthermore, the invention relates to a workpiece conveyor for carrying out the method according to the invention and to a heat transfer unit for carrying out the method according to the invention and / or for a workpiece conveyor according to the invention.
Es sind eine Vielzahl von industriellen Verfahren bekannt, bei denen Werkstücke zunächst erhitzt werden, um danach einer Behandlung und/oder Bearbeitung und anschließend einer Abkühlung zugeführt zu werden. Dabei kann es sich z. B. um Härte- oder Anlassbehandlungen für metallische Werkstücke, insbesondere aus Stahl, handeln.There are a variety of industrial processes are known in which workpieces are first heated to then a treatment and / or processing and then supplied to a cooling. It may be z. B. to hardening or tempering treatments for metallic workpieces, especially steel.
Besonders verbreitet ist in diesem Zusammenhang auch die Bearbeitung metallischer Werkstücke mittels Walz- und/oder Schmiedeverfahren. Die zu bearbeitenden Werkstücke werden in diesem Zusammenhang auch als Rohlinge oder ggf. als Halbzeuge bezeichnet. Einem Schmiedeverfahren zugeführte Werkstücke werden darüber hinaus auch als Blöcke oder Knüppel (insbesondere beim Schmieden von Kurbelwellen) bezeichnet. Es sind jedoch ebenfalls Verfahren bekannt, bei denen nichtmetallische Werkstücke zunächst erhitzt, danach bearbeitet und schließlich wieder abgekühlt werden.Particularly common in this context is the machining of metal workpieces by means of rolling and / or forging processes. The workpieces to be machined are referred to in this context as blanks or possibly as semi-finished products. In addition, workpieces fed to a forging process are also referred to as blocks or billets (in particular when forging crankshafts). However, methods are also known in which non-metallic workpieces are first heated, then processed and finally cooled again.
Lediglich beispielhaft wird im Folgenden ein Verfahren gemäß Stand der Technik beschrieben, bei dem die genannten Blöcke oder Knüppel einer sog. Schmiedelinie zugeführt und dort in die gewünschte Form gebracht werden.By way of example only, a method according to the prior art will be described in the following, in which said blocks or billets are fed to a so-called forging line and brought there into the desired shape.
Üblicherweise werden die zu bearbeitenden Werkstücke zunächst in einem Schmiedeerwärmer auf die Schmiedenenntemperatur, bspw. ca. 1100°C, erwärmt. Danach durchlaufen die erhitzten Werkstücke die weiteren Stationen der Schmiedelinie, wo sie umgeformt werden. Diese Stationen können eine Reckwalze, eine Vorformpresse, eine Hauptpresse, eine Entgratpresse und eine Kalibrierpresse aufweisen. Danach werden die fertig geschmiedeten Werkstücke am Ende der Schmiedelinie in einen Kühlförderer gegeben. In dem Kühlförderer werden die noch heißen Werkstücke während des Transports an der Umgebungsluft durch Wärmestrahlung und Luftkonvektion allmählich abgekühlt, wobei annähernd Raumtemperatur erreicht werden kann. Danach sind die geschmiedeten Werkstücke lager- oder handelsfähig oder können weiteren Behandlungs- und/oder Bearbeitungsschritten zugeführt werden.Usually, the workpieces to be processed are first heated in a forging heater to the forging temperature, for example. About 1100 ° C, heated. Thereafter, the heated workpieces go through the other stations of the forging line, where they are transformed. These stations may include a stretching roll, a preforming press, a main press, a trimming press and a sizing press. Thereafter, the finished forged workpieces are placed at the end of the forging line in a cooling conveyor. In the cooling conveyor, the still hot workpieces are gradually cooled during transport to the ambient air by heat radiation and air convection, whereby approximately room temperature can be achieved. Thereafter, the forged workpieces are storable or marketable or can be supplied to further treatment and / or processing steps.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Industrieprozesse sind jedoch mit Nachteilen behaftet. So werden die Werkstücke in einem Erwärmer bzw. Ofen mit hohem Energieeinsatz auf sehr hohe Temperaturen erhitzt. Der erzielte Temperaturunterschied zwischen Ein- und Ausgang des Erwärmers kann dabei über 1000 Kelvin betragen. Nach der Behandlung und/oder Bearbeitung der Werkstücke wird diese thermische Energie wieder abgeführt. Dadurch ist ein gattungsbildendes Verfahren nur besonders energieintensiv betreibbar.However, the industrial processes known from the prior art are associated with disadvantages. Thus, the workpieces are heated in a heater or oven with high energy input to very high temperatures. The achieved temperature difference between the input and output of the heater can be over 1000 Kelvin. After treatment and / or processing of the workpieces, this thermal energy is dissipated again. As a result, a generic process is only particularly energy-intensive operable.
Des Weiteren fällt während der Abkühlung der noch heißen Werkstücke im Industriebetrieb eine große Wärmemenge an. Dadurch erhitzt sich die Betriebsstätte, so dass sich ggf. Mitarbeiter nicht in der Nähe der abzukühlenden Werkstücke aufhalten können. Alternativ müssen hier kostenintensive Isolierungs- und/oder Abschirmungs- und/oder Absaugmaßnahmen vorgesehen werden.Furthermore falls during the cooling of the still hot workpieces in industrial operation on a large amount of heat. As a result, the operating site heats up so that employees may not be able to stay close to the workpieces to be cooled. Alternatively, cost-intensive insulation and / or shielding and / or suction measures must be provided here.
Aus der
Aus
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine energieoptimierte und kostengünstige Behandlung und/oder Bearbeitung von Werkstücken zu ermöglichen.The present invention is now based on the object to enable an energy-optimized and cost-effective treatment and / or processing of workpieces.
Diese Aufgabe ist zunächst in Bezug auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is initially achieved with respect to a method having the features of patent claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie von jeweils einem abzukühlenden Werkstück und auch von diesem Werkstück stammendem Abfall und/oder Ausschuss auf ein noch zu behandelndes und/oder zu bearbeitendes Werkstück übertragen wird.The method according to the invention is characterized in that the thermal energy of each of a workpiece to be cooled and of waste and / or rejects originating from this workpiece is transferred to a workpiece which is still to be treated and / or processed.
Der erfindungsgemäße Werkstückförderer ist durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 11 gekennzeichnet, wonach er zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient.The workpiece conveyor according to the invention is characterized by the features of the
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die in den erhitzten bzw. behandelten und/oder bearbeiteten Werkstücken gespeicherte thermische Energie in sinnvoller Art und Weise nutzbar ist, nämlich in Form von Wärmeenergie und/oder zur Erzeugung elektrischer Energie. Dementsprechend kann auf eine alleinige Abkühlung der Werkstücke mittels Konvektion und/oder Strahlung verzichtet werden. Vielmehr lässt sich die thermische Energie der Werkstücke gezielt aufnehmen und einer weiteren Nutzung zuführen.According to the invention, it has been recognized that the thermal energy stored in the heated or treated and / or machined workpieces can be used in a meaningful manner, namely in the form of heat energy and / or for the generation of electrical energy. Accordingly, can be dispensed with a sole cooling of the workpieces by means of convection and / or radiation. Rather, the thermal energy of the workpieces can be specifically taken up and fed to a further use.
Die Wärmeenergie wird von jeweils einem abzukühlenden Werkstück und auch von diesem Werkstück stammendem Abfall und/oder Ausschuss auf ein noch zu behandelndes und/oder zu bearbeitendes Werkstück übertragen. Mit anderen Worten ist hierbei eine Wärmeübertragung realisiert, bei der genau einem heißen Werkstück stets ein kaltes Werkstück zugeordnet wird. Danach kann zwischen diesen beiden Werkstücken in genau vorhersagbarer Weise eine Wärmeübertragung erfolgen, wobei die Abkühlungs- und Aufheizkurve des jeweiligen Werkstücks vorherbestimmbar ist. Dazu können die beiden zusammengeführten Werkstücke auch in apparativer Hinsicht „abgekapselt” werden, bspw. kann gegenüber der Umgebung eine thermische Isolierung hergestellt werden.The heat energy is transferred from a respective workpiece to be cooled and also waste and / or rejects originating from this workpiece to a workpiece still to be treated and / or processed. In other words, in this case a heat transfer is realized in which exactly one hot workpiece is always assigned a cold workpiece. Thereafter, a heat transfer can take place between these two workpieces in a precisely predictable manner, whereby the cooling and heating curve of the respective workpiece can be predetermined. For this purpose, the two merged workpieces can also be "encapsulated" in terms of apparatus, for example. Thermal insulation can be produced with respect to the environment.
Es lässt sich die thermische Energie abzukühlender Werkstücke zur Vorwärmung noch zu behandelnder Werkstücke einsetzen. Dadurch kann der Betrag der im Erwärmen oder im Ofen eingesetzten Primärenergie deutlich verringert werden. Alternativ oder zusätzlich können mit der Abwärme abzukühlender Werkstücke ein oder mehrere thermische Kreisprozesse nach dem Prinzip des Organic Rankine Cycle (ORC) betrieben werden.It is possible to use the thermal energy of cooling workpieces for preheating still workpieces to be treated. As a result, the amount of primary energy used in heating or in the furnace can be significantly reduced. Alternatively or additionally, one or more thermal cycles can be operated according to the principle of the Organic Rankine Cycle (ORC) with the waste heat to be cooled workpieces.
Über die Energieeinsparung bzw. -rückgewinnung hinaus ist erfindungsgemäß erreicht, dass die Betriebsstätte bzw. die unmittelbare Umgebung der abzukühlenden Werkstücke nicht mehr über Gebühr erhitzt wird. Dadurch ist die nachteilige Einwirkung auf Betriebsangehörige minimiert und kostenintensive Schutzmaßnahmen werden überflüssig.In addition to the energy saving or recovery, the invention achieves that the operating site or the immediate surroundings of the workpieces to be cooled is no longer heated excessively. As a result, the adverse effect on employees is minimized and costly protective measures are unnecessary.
Folglich ist ein Verfahren, insbesondere ein Industrieprozess, angegeben, mit dem eine energieoptimierte und kostengünstige Behandlung und/oder Bearbeitung von Werkstücken ermöglicht ist.Consequently, a method, in particular an industrial process, specified, with which an energy-optimized and cost-effective treatment and / or processing of workpieces is possible.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft, falls Werkstücke aus Metall, insbesondere aus Stahl, behandelt und/oder bearbeitet werden. Aufgrund der vergleichsweise großen Wärmekapazität metallischer Werkstücke ist die in erhitzten Werkstücken gespeicherte Menge an thermischer Energie ebenfalls groß. Daher bietet es sich insbesondere an, die thermische Energie metallischer Werkstücke sinnvoll zu nutzen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Prozesse beschränkt ist, in denen metallische Werkstücke behandelt und/oder bearbeitet werden.The inventive method proves to be particularly advantageous if workpieces made of metal, especially steel, treated and / or processed. Due to the comparatively large heat capacity of metallic workpieces, the amount of thermal energy stored in heated workpieces is also large. Therefore, it makes sense in particular to make sensible use of the thermal energy of metallic workpieces. It should be understood, however, that the method of the invention is not limited to processes in which metallic workpieces are treated and / or processed.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine Bearbeitungslinie für Werkstücke, insbesondere eine Schmiede- und/oder Walzlinie, verwendet. Es konnte bereits gezeigt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren sich besonders für Schmiede- und/oder Walzprozesse eignet. Metallische Werkstücke, welche in Schmiedelinien bearbeitet werden, müssen dabei üblicherweise auf sehr hohe Temperaturen (ca. 1100°C) erhitzt werden. Dies ist mit einem hohen Einsatz von Primärenergie verbunden. Daher ist es hier besonders vorteilhaft, die thermische Energie der behandelten Werkstücke zurückzugewinnen.In a development of the method, a processing line for workpieces, in particular a forging and / or rolling line, is used. It has already been shown that the method according to the invention is particularly suitable for forging and / or rolling processes. Metallic workpieces, which are processed in forging lines, usually have to be heated to very high temperatures (about 1100 ° C). This is associated with a high use of primary energy. Therefore, it is particularly advantageous here to recover the thermal energy of the treated workpieces.
Es wird Wärmeenergie von abzukühlenden Werkstücken auf noch zu behandelnde und/oder zu bearbeitende Werkstücke übertragen. Dadurch lässt sich die gespeicherte thermische Energie der bearbeitenden Werkstücke nutzen und kann der Einsatz von Primärenergie im Erwärmer bzw. Ofen verringert werden, da noch zu bearbeitende Werkstücke mit der rückgeführten thermischen Energie vorheizbar sind.Heat energy from workpieces to be cooled is transferred to workpieces still to be treated and / or processed. As a result, the stored thermal energy of the machined workpieces can be utilized and the use of primary energy in the heater or furnace can be reduced since workpieces still to be processed can be preheated with the recirculated thermal energy.
In diesem Zusammenhang wird darüber hinaus vorgeschlagen, Wärmeenergie von während der Behandlung und/oder Bearbeitung anfallendem Abfall und/oder Ausschuss auf noch zu behandelnde Werkstücke zu übertragen. Dabei kann es sich zum einen um Werkstücke handeln, welche fehlerhaft bearbeitet worden sind und üblicherweise als Ausschuss in die Metall-Wiederverwertung rückgeführt werden. Es wird vorgeschlagen, die thermische Energie solcher Ausschussteile vor der Rückführung in den Recycling-Prozess noch zur Vorwärmung von Werkstücken zu nutzen. Es ist des Weiteren in energetischer Hinsicht zu bevorzugen, Grate, Späne oder dgl. Abfallmaterialien von bearbeiteten Werkstücken ebenfalls zur Vorwärmung neuer Werkstücke zu verwenden. Dazu kann ein bearbeitetes Werkstück zunächst mitsamt dem entfernten Abfallmaterial verbleiben, um nämlich mit seiner gesamten ursprünglichen Masse ein noch zu bearbeitendes Werkstück vorwärmen zu können. In this context, it is also proposed to transfer heat energy from waste and / or waste arising during treatment and / or processing to workpieces still to be treated. These may be on the one hand to workpieces that have been processed incorrectly and are usually recycled as scrap in the metal recycling. It is proposed to use the thermal energy of such rejects prior to recycling in the recycling process for preheating workpieces. It is also preferable to energetically, burrs, chips or the like. Waste materials from machined work also to use for preheating new workpieces. For this purpose, a machined workpiece initially remain together with the removed waste material, namely to be able to preheat with its entire original mass a workpiece still to be machined.
Im Hinblick auf einen hohen Durchsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und im Sinne einer kontinuierlichen Verfahrensführung wird eine Ausführung bevorzugt, bei der die Werkstücke während der Wärmeübertragung gefördert werden, insbesondere wobei ein Werkstückförderer verwendet wird. Der Werkstückförderer kann abzukühlende Werkstücke am Ende einer Linie, insbesondere einer Schmiedelinie, aufnehmen und vom Ende der Bearbeitungslinie weg fördern. Während der Förderung können die bearbeiteten Werkstücke bis auf die gewünschte Temperatur abgekühlt werden. Danach werden die Werkstücke aus dem Werkstückförderer entnommen und der weiteren Bearbeitung, Verwendung oder Lagerung zugeführt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann nun ein Werkstückförderer verwendet werden, der so ausgestaltet ist, dass die thermische Energie bearbeiteter Werkstücke innerhalb des Werkstückförderers nutzbar gemacht wird. Dazu kann der Werkstückförderer bspw. kalte, noch zu bearbeitende Werkstücke aufnehmen und fördern, wobei innerhalb des Werkstückförderers eine Wärmeübertragung von den bearbeiteten auf die noch zu bearbeitenden Werkstücke erfolgt und letztere dadurch vorgewärmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann im Werkstückförderer ein Medium, bspw. ein Arbeitsmittel eines ORC-Kreisprozesses, erhitzt und/oder verdampft werden. Damit lässt sich weitere Wärmeenergie und/oder elektrische Energie aus den abzukühlenden Werkstücken gewinnen.With regard to a high throughput of the method according to the invention and in the sense of a continuous process management, an embodiment is preferred in which the workpieces are conveyed during the heat transfer, in particular wherein a workpiece conveyor is used. The work conveyor can pick up workpieces to be cooled at the end of a line, in particular a forging line, and feed them away from the end of the processing line. During conveyance, the machined workpieces can be cooled down to the desired temperature. Thereafter, the workpieces are removed from the workpiece conveyor and supplied for further processing, use or storage. For the purposes of the present invention, a workpiece conveyor can now be used which is designed such that the thermal energy of processed workpieces within the workpiece conveyor is made usable. For this purpose, the workpiece conveyor can, for example, absorb and convey cold workpieces still to be machined, with heat being transferred from the machined to the workpieces still to be machined within the workpiece conveyor and the latter being preheated as a result. Alternatively or additionally, a medium, for example a working medium of an ORC cycle, can be heated and / or vaporized in the workpiece conveyor. This makes it possible to obtain further heat energy and / or electrical energy from the workpieces to be cooled.
Im Hinblick auf eine besonders effektive Wärmeübertragung zwischen den Werkstücken ist eine Ausführungsform favorisiert, bei der abzukühlende Werkstücke im Gegenstrom zu noch zu behandelnden und/oder zu bearbeitenden Werkstücken gefördert werden. Durch die Gegenstromführung wird stets ein größtmöglicher Temperaturunterschied zwischen den beiden Strömen realisiert. Die Prinzipien der Gegenstrom-Wärmeübertragung sind dem Fachmann dabei geläufig. Im Konkreten können heiße, aus einer Bearbeitungslinie entnommene Werkstücke in einen Werkstückförderer in Form eines wärmeisolierten Tunnels eingebracht werden. Am anderen Ende des Werkstückförderers können hingegen kalte, noch zu bearbeitende Werkstücke aufgegeben und dann oberhalb der heißen Werkstücken im Gegenstrom gefördert werden. Mit einer prozessgesteuerten Luftumwälzung und genauer Regelung kann darüber hinaus gewährleistet werden, dass den heißen Werkstücken die Wärme nach den Vorgaben und Erfordernissen der gewünschten metallurgischen Gefügeumwandlung entzogen und an die kalten Werkstücke weitergegeben wird.In view of a particularly effective heat transfer between the workpieces, an embodiment is favored in which workpieces to be cooled are conveyed countercurrently to workpieces to be treated and / or processed. Due to the countercurrent flow always the greatest possible temperature difference between the two streams is realized. The principles of countercurrent heat transfer are familiar to those skilled in the art. Specifically, hot, removed from a processing line workpieces can be introduced into a work conveyor in the form of a thermally insulated tunnel. At the other end of the workpiece conveyor, however, cold, still to be machined workpieces can be abandoned and then promoted above the hot workpieces in countercurrent. With a process-controlled air circulation and precise control can also be ensured that the hot workpieces heat is removed from the specifications and requirements of the desired metallurgical microstructure transformation and passed on to the cold workpieces.
In konkretem Bezug auf die letztgenannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Weiterbildung vorgeschlagen, bei der eine Bearbeitungslinie in U-Form verwendet wird. Der Aufbau der Bearbeitungslinie, insbesondere einer Schmiede- und/oder Walzlinie, in U-Form stellt sicher, dass die Eingabe der Werkstücke in die Bearbeitungslinie in der Nähe der Ausgabe der bearbeiteten Werkstücke positioniert ist. Dadurch werden lange Transportwege vermieden.In concrete terms to the latter embodiment of the method according to the invention, a development is proposed in which a processing line is used in U-shape. The construction of the machining line, in particular a forging and / or rolling line, in U-shape ensures that the input of the workpieces is positioned in the machining line in the vicinity of the output of the machined workpieces. This avoids long transport routes.
Alternativ zu einer Wärmeübertragung im Gegenstrom ist im Hinblick auf eine einfache technische Lösung und einen hohen Materialdurchsatz bevorzugt, dass abzukühlende Werkstücke im Gleichstrom mit noch zu behandelnden und/oder zu bearbeitenden Werkstücken gefördert werden. Dazu kann bspw. ein Werkstückförderer verwendet werden, der – wie bereits beschrieben – im Wesentlichen als lang gestreckter, wärmeisolierter Tunnel ausgestaltet ist. Darin können kalte Werkstücke oberhalb heißer, abzukühlender Werkstücke gefördert werden. Bei dieser Ausführung des Verfahrens wird am Eingang des Werkstückförderers ein maximaler Temperaturunterschied zwischen heißen und kalten Werkstücken erreicht.As an alternative to heat transfer in countercurrent, in view of a simple technical solution and a high material throughput, it is preferred that workpieces to be cooled be conveyed in cocurrent with workpieces still to be treated and / or processed. For this purpose, for example, a workpiece conveyor can be used, which - as already described - is designed substantially as an elongated, heat-insulated tunnel. In it, cold workpieces above hot, cooled workpieces can be promoted. In this embodiment of the method, a maximum temperature difference between hot and cold workpieces is achieved at the entrance of the workpiece conveyor.
In diesem Zusammenhang ist eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei der ein Werkstückförderer in Ringform verwendet wird. Mit anderen Worten kann der Werkstückförderer als Endlosschleife ausgestaltet sein. Der Förderer kann heiße Werkstücke am Ausgang einer Bearbeitungslinie aufnehmen und vorgewärmte Werkstücke an den Eingang der Bearbeitungslinie fördern. Während der Förderung kann Wärmeenergie von den heißen, bereits bearbeiteten Werkstücken auf die kalten Werkstücke übertragen und diese dadurch vorgewärmt werden.In this connection, an embodiment of the method is preferred in which a workpiece conveyor is used in ring form. In other words, the workpiece conveyor may be designed as an endless loop. The conveyor can pick up hot workpieces at the exit of a processing line and feed preheated workpieces to the input of the processing line. During production, heat energy can be transferred from the hot, already machined workpieces to the cold workpieces, preheating them.
Es wird vorgeschlagen, dass das abzukühlende Werkstück – und von diesem Werkstück stammender Abfall und/oder Ausschuss – und das noch zu behandelnde und/oder zu bearbeitende Werkstück zusammen in eine Wärmeübertragungseinheit eingebracht werden. Eine solche Wärmeübertragungseinheit kann bspw. die Form einer Box mit wärmeisolierten Wänden aufweisen. Die Wärmeübertragungseinheit kann im oberen Bereich eine Aufnahme für ein kaltes Werkstück und im unteren Bereich eine Aufnahme für ein heißes Werkstück aufweisen. Des Weiteren ist zumindest eine Klappe zum Beschicken der Wärmeübertragungseinheit vorzusehen. Die Wärmeübertragungseinheit kann auch über zwei Klappen verfügen, nämlich eine oben liegende für das kalte bzw. vorgewärmte Werkstück und eine unten liegende für das heiße bzw. abgekühlte Werkstück. Ist die Wärmeübertragungseinheit beschickt, wird sie über die Klappe bzw. die Klappen verschlossen. In der Einheit findet dann durch Konvektion und Strahlung eine Wärmeübertragung zwischen dem heißen und dem kalten Werkstück statt. Die Wärmeübertragungseinheit kann dabei im diskontinuierlichen Betrieb verwendet werden. So kann die Einheit mit einem heißen und einem kalten Werkstück bestückt und anschließend im Lager abgestellt werden, bis der erwünschte Temperaturausgleich vollzogen ist. Im Hinblick auf eine kontinuierliche Verfahrensführung ist jedoch bevorzugt, dass mehrere der Wärmeübertragungseinheiten Teil eines vorgenannten Werkstückförderers, insbesondere eines Werkstückförderers in Ringform, sind. Der Ringförderer kann die Wärmeübertragungseinheiten von der Beladestelle des Erwärmers oder Ofens zum Ende der Bearbeitungslinie für die Werkstücke und wieder zurück fördern. Die Wärmeübertragungseinheiten können dann an den verschiedenen Punkten der Bearbeitungslinie mit heißen und kalten Werkstücken beschickt bzw. können vorgewärmte oder abgekühlte Werkstücke aus den Wärmeübertragungseinheiten entladen werden.It is proposed that the workpiece to be cooled - and waste and / or scrap originating from this workpiece - and the workpiece still to be treated and / or processed be introduced together in a heat transfer unit. Such a heat transfer unit may, for example, have the form of a box with heat-insulated walls. The heat transfer unit may have a receptacle for a cold workpiece in the upper area and a receptacle for a hot workpiece in the lower area. Furthermore, at least one flap is to be provided for charging the heat transfer unit. The heat transfer unit can also have two flaps, namely an overhead for the cold or preheated workpiece and a lower for the hot or cooled workpiece. If the heat transfer unit is charged, it is closed via the flap or the flaps. In the unit then takes place by convection and radiation heat transfer between the hot and the cold workpiece. The heat transfer unit can be used in discontinuous operation. So the unit can be equipped with a hot and a cold workpiece and then parked in the camp until the desired temperature compensation is completed. With regard to a continuous process control, however, it is preferred that several of the heat transfer units are part of an aforementioned work piece conveyor, in particular a work conveyor in ring form. The ring conveyor can convey the heat transfer units from the loading station of the heater or oven to the end of the processing line for the workpieces and back again. The heat transfer units can then be charged at the various points of the processing line with hot and cold workpieces or can be unloaded preheated or cooled workpieces from the heat transfer units.
Im Hinblick auf die Erzeugung elektrischer Energie aus der thermischen Energie der heißen Werkstücke wird schließlich eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, bei der die Wärmeenergie der abzukühlenden Werkstücke zur Dampferzeugung in einem – ggf. mehrstufigen und/oder kaskadierten – ORC-Prozess genutzt wird. Die Nutzung der thermischen Energie in einem ORC-Prozess kann dabei die alleinige Verwertung der Wärme der heißen Werkstücke darstellen. Es ist jedoch bevorzugt, die Wärmenutzung in einem ORC-Prozess zusätzlich zu der oben ausführlich beschriebenen Wärmeübertragung zwischen heißen und kalten Werkstücken vorzusehen. So ist es in energetischer Hinsicht besonders vorteilhaft, die Restwärme der bereits teilweise abgekühlten Werkstücke (nach der Wärmeübertragung mit einem vorzuwärmenden Werkstück) in einem ORC-Prozess zu nutzen. In beiden Fällen kann Energie aus heißen Werkstücken dem Verdampfer einer ORC-Anlage zugeführt werden. Dabei kann der Verdampfer in einem isolierten, tunnelartigen Werkstückförderer angeordnet sein. Das zu erhitzende und zu verdampfende Arbeitsmittel kann im Gegenstrom zu den abzukühlenden Werkstücken durch den Werkstückförderer geleitet werden. Der ORC-Kreisprozess kann üblicherweise einen Wirkungsgrad von maximal ca. 20% aufweisen. Jedoch ist hier, bedingt durch die hohe Einsatztemperatur der heißen Werkstücke, denkbar, bis zu drei ORC-Prozesse mit verschiedenen Arbeitsmedien (und dadurch verschiedenen Verdampfungstemperaturen) in Kaskadenform durchzuführen. Die drei Verdampfer können aufeinanderfolgend innerhalb eines einzigen Werkstückförderers angeordnet werden.With regard to the generation of electrical energy from the thermal energy of the hot workpieces, an embodiment of the method according to the invention is finally proposed in which the heat energy of the workpieces to be cooled is used to generate steam in an ORC process, possibly multi-stage and / or cascaded. The use of thermal energy in an ORC process can represent the sole utilization of the heat of the hot workpieces. However, it is preferred to provide heat utilization in an ORC process in addition to the heat transfer between hot and cold workpieces described in detail above. Thus, in terms of energy, it is particularly advantageous to use the residual heat of the already partially cooled workpieces (after heat transfer with a workpiece to be preheated) in an ORC process. In both cases, energy from hot workpieces can be fed to the evaporator of an ORC plant. In this case, the evaporator can be arranged in an insulated, tunnel-like workpiece conveyor. The working fluid to be heated and evaporated can be passed through the work conveyor in countercurrent to the workpieces to be cooled. The ORC cycle usually can have an efficiency of at most about 20%. However, due to the high operating temperature of the hot workpieces, it is conceivable to carry out up to three ORC processes with different working media (and thus different evaporation temperatures) in cascade form. The three evaporators can be arranged sequentially within a single work conveyor.
Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 ist ein erfindungsgemäßer Werkstückförderer zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.With the features of
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich der Merkmale sowie vorteilhafter Ausführungsformen des Werkstückförderers ausdrücklich Bezug genommen auf die Ausführungen in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren.To avoid repetition, reference is expressly made to the statements relating to the method according to the invention with regard to the features and advantageous embodiments of the workpiece conveyor.
So wird zunächst gemäß einer ersten Weiterbildung ein Werkstückförderer vorgeschlagen, in dem abzukühlende Werkstücke im Gegenstrom zu noch zu behandelnden und/oder zu bearbeitenden Werkstücken förderbar sind, und wobei die Bearbeitungslinie für die Werkstücke ggf. eine U-Form aufweist.Thus, according to a first development, a workpiece conveyor is initially proposed in which workpieces to be cooled can be conveyed countercurrently to workpieces to be treated and / or processed, and where the processing line for the workpieces optionally has a U-shape.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind im erfindungsgemäßen Werkstückförderer abzukühlende Werkstücke im Gleichstrom mit noch zu behandelnden und/oder zu bearbeitenden Werkstücken förderbar. Dabei erweist sich eine Ringform des Werkstückförderers als besonders vorteilhaft.In a further advantageous embodiment, workpieces to be cooled in the workpiece conveyor according to the invention can be conveyed in cocurrent with workpieces still to be treated and / or machined. In this case, a ring shape of the workpiece conveyor proves to be particularly advantageous.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist der erfindungsgemäße Werkstückförderer zumindest eine bereits zuvor beschriebene Wärmeübertragungseinheit auf, in welcher ein abzukühlendes Werkstück und von diesem Werkstück stammender Abfall und/oder Ausschuss und ein noch zu behandelndes und/oder zu bearbeitendes Werkstück einbringbar sind.In a particularly preferred development, the workpiece conveyor according to the invention has at least one previously described heat transfer unit, in which a workpiece to be cooled and waste and / or rejects originating from this workpiece and a workpiece still to be treated and / or to be machined can be introduced.
Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 ist schließlich eine erfindungsgemäße Wärmeübertragungseinheit angegeben.With the features of
In Bezug auf Merkmale sowie vorteilhafte Ausführungsformen der Wärmeübertragungseinheit wird zur Vermeidung von Wiederholungen zunächst ausdrücklich Bezug genommen auf die Ausführungen in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren sowie in Bezug auf den erfindungsgemäßen Werkstückförderer.With regard to features and advantageous embodiments of the heat transfer unit, to avoid repetition, reference is first expressly made to the statements relating to the method according to the invention and with reference to the workpiece conveyor according to the invention.
Als besonders praktisch erweist sich eine Wärmeübertragungseinheit, welche eine im Wesentlichen quaderförmige Ausgestaltung und/oder wärmeisolierte Seitenwände aufweist. Particularly advantageous is a heat transfer unit, which has a substantially cuboidal configuration and / or heat-insulated side walls.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Wärmeübertragungseinheit zumindest eine Klappe zum Einbringen von Werkstücken auf.In a further expedient embodiment, the heat transfer unit has at least one flap for introducing workpieces.
Schließlich ist eine Ausgestaltung der Wärmeübertragungseinheit bevorzugt, welche zumindest über eine innen liegende Aufnahme für ein Werkstück verfügt.Finally, an embodiment of the heat transfer unit is preferred, which has at least one inner receptacle for a workpiece.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die jeweils nachgeordneten Ansprüche, und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung jeweils eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkstückförderers sowie der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungseinheit anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. In der Zeichnung zeigtThere are now various possibilities for designing and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand to the respective subordinate claims, and on the other hand to refer to the following explanation in each case an embodiment of the workpiece conveyor according to the invention and the heat transfer unit according to the invention with reference to the drawing. In connection with the explanation of the preferred embodiments of the invention with reference to the drawing, preferred embodiments and further developments of the method according to the invention are explained. In the drawing shows
Dabei ist zunächst in ganz allgemeiner Hinsicht das erfindungsgemäße Zusammenwirken einer Bearbeitungslinie
Zunächst werden Werkstücke in geeigneter Größe mit Hilfe einer Säge
Die erhitzten und so für den eigentlichen Schmiedevorgang bereiten Werkstücke werden darauf folgend einer Reckwalze
In Punkt B werden die bearbeiteten und heißen Werkstücke aus der Schmiedelinie
Es ist ein die Schmiedelinie
Der Ringförderer
Der Ringförderer
Nach Beschicken einer Wärmeübertragungseinheit
Demnach werden an Punkt A vorgewärmte Werkstücke aus den Wärmeübertragungseinheiten
Die bereits teilweise abgekühlten und aus den Wärmeübertragungseinheiten
Alternativ kann der Kühltunnel
Der Ringförderer
Die Förderung von Punkt A zu Punkt B kann dabei in drei Zyklen eingeteilt werden: Beim Anlauf der Schmiedelinie
Der zweite Zyklus lässt sich folgendermaßen zusammenfassen: Ist bereits ein Zyklus gefahren, wird an Punkt A ein vorgewärmter Rohling entladen. Bei einer Austrittstemperatur bearbeiteter Werkstücke aus der Schmiedelinie
Beim dritten Zyklus liegt die theoretisch erreichbare Temperatur des Rohlings bereits bei 695°C, um sich dann bei gleich bleibenden Parametern (Temperatur der bearbeiteten Werkstücke = 1100°C, Temperatur der Rohlinge = 20°C) bei einer Vorwärmtemperatur von ca. 736°C einzupendeln.In the third cycle, the theoretically achievable temperature of the blank is already at 695 ° C, then at constant parameters (temperature of the machined workpieces = 1100 ° C, temperature of the blanks = 20 ° C) at a preheating temperature of about 736 ° C. leveling off.
Für die Förderung von Punkt B zu Punkt A können ebenfalls drei Zyklen beschrieben werden:
Wie bereits erwähnt, erreicht beim ersten Zyklus ein kalter Rohling Punkt B, wo ein heißes Werkstück in die Wärmeübertragungseinheit
As already mentioned, during the first cycle, a cold blank reaches point B, where a hot workpiece enters the
Beim zweiten Zyklus wird an Punkt B ein bis auf 290°C abgekühltes Werkstück entnommen und ein frisch geschmiedetes, 1100°C heißes Werkstück aufgenommen.During the second cycle, a workpiece cooled down to 290 ° C is removed at point B, and a freshly forged 1100 ° C workpiece is picked up.
Beim dritten Zyklus ist das an Punkt B zu entnehmende Werkstück nur noch auf 357°C abgekühlt. Nach weiteren Zyklen wird sich diese Temperatur bei 373°C einpendeln. Die von 1100°C bis auf ca. 370°C abgekühlten, bearbeiteten Werkstücke können danach noch im Kühltunnel
Die Wärmeübertragungseinheit
Die gezeigte Ausführungsform der Wärmeübertragungseinheit
Im Inneren der Wärmeübertragungseinheit
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungseinheit
In bevorzugter Weise wird jedoch eine kontinuierliche Wärmeübertragung zwischen heißen Werkstücken
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtungen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.With regard to further advantageous embodiments of the method according to the invention and of the devices according to the invention, reference is made to avoid repetition to the general part of the description and to the appended claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- AA
- Eingang (Schmiedelinie)Entrance (forging line)
- BB
- Ausgang (Schmiedelinie)Exit (forging line)
- 11
- Bearbeitungslinieprocessing line
- 22
- Schmiedelinieforging line
- 33
- WerkstückfördererWorkpiece conveyor
- 44
- Sägesaw
- 55
- SchmiedeerwärmerSchmiedeerwärmer
- 66
- Reckwalzeforging roll
- 77
- HauptpresseChief Press
- 88th
- Entgratpressetrimming
- 99
- Kalibrierpressesizing
- 1010
- RingfördererThe ring conveyor
- 1111
- WärmeübertragungseinheitHeat transfer unit
- 1212
- Kühltunnelcooling tunnel
- 1313
- Gehäuse (Wärmeübertragungseinheit)Housing (heat transfer unit)
- 1414
- Klappeflap
- 1515
- Aufnahme (Werkstück)Recording (workpiece)
- 1616
- kaltes Werkstück (Rohling)cold workpiece (blank)
- 1717
- heißes Werkstückhot workpiece
Claims (18)
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