Gerd Walter - tu-freiberg.de · 2005 . Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik Prof. Walter...

Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik

Prof. Walter

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Gerd Walter

Von IOB zu HTA –

seit 50 Jahren glühen wir für

Öfen

Freiberg 21. Juni 2019


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Inhalt:

1. Die Gründerväter

2. IOB und IOT

3. HTA und WTA

4. Wie weiter?

5. Danksagungen


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Inhalt:

1. Gründerväter 2. IOB und IOT

3. HTA und WTA

4. Wie weiter?

5. Danksagungen


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Der Ahnherr

Georgius Agricola

1494 – 1555

in De re metallica Bd. 9:

Anleitung zum Bau von

Schmelzöfen


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Der Vater des Gedankens

Udo Becher

Professor für Gasverteilung und Gasanwendung

1953 – 1970

Abteilungsleiter im Deutschen Brennstoffinstitut

1957 - 1969

• Nutzung von Brenngasen einschließlich

Sonderbrenngasen

• Kennzahlen für Flammen und Brenner

• Energieeinsparung bei Industrieprozessen

• 7 Fachbücher und 33 Lehrbriefe in 5 Reihen,

sehr frühe Einbeziehung des Erdgases


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Rolf Steinhardt

6. Mai 1928 9. Mai 2019

Professor für Industrieofenbau 1969 - 1991

• Begründer der „Freiberger Industrieofen-

Schule“

• 248 Absolventen, 3 Professoren (Bauer,

Walter, Krause) aus seiner Schule

• Fachbuch „Grundlagen der

Industrieofentechnik“

Der Gründer


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frisch berufen

1969

Letzte Vorlesung 1987

Ehrenprofessur des

MISiS 2009

am

Lagerfeuer

2016


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Die Freiberger Industrieofen-Schule

• Einheit von Berechnung und Konstruktion

• Behandlung der Wärmestrahlung gemäß ihrer häufig

dominanten Bedeutung

• Ständig Lehrkräfte aus der Industrie: Hans Pfau, Arnd

Müller

• Praxissemester obligatorisch in der Industrie

• Diplomarbeiten aus der Praxis


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Professur Ausbildung Absolventen

Fern-

Studium

Direkt-

Studium

IOB

Industrieofenbau

Prof. Dr.-Ing. Steinhardt

1969 – 1991

Vertiefung Industrieofenbau IOB in der

Fachrichtung Energietechnik

1969 – 1984

43

102

Fachrichtung Industrieofentechnik IOT

1979 – 1994

-

103

HTA

Hochtemperaturanlagen

Prof. Dr.-Ing. habil. Walter

1992 – 2007

Vertiefungsfach

Hochtemperaturanlagen HTA in der

Studienrichtung Energietechnik des

Studienganges Maschinenbau

1991 – 1998

-

7

Vertiefungsfach Wärmetechnische

Anlagen WTA im Studiengang

Maschinenbau seit 1998

-

6

261 Absolventen


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Inhalt:


2. IOB und IOT 3. HTA und WTA

4. Wie weiter?

5. Danksagungen


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Langjährige Säulen der Lehre Grundlagen des Industrieofenbaues Steinhardt

Prozessgestaltung Walter

Konstruktion von Industrieöfen Pfau, Müller, Besser, Walter

Wärmetechnische Berechnung Walter

Hans Pfau

1978 Arnd Müller

2012

Dietmar Besser

2012


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Auf der Treppe

um 1985 ?


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Berühmte Projekte vor 1990:

• Beschichtung von Graphitelektroden

• TiO2-Sonde zur Sauerstoffmessung

• Messung von Emissionsgraden fester

Materialien

• Hochtemperaturofen

• Großmessungen in Hermsdorf, Hettstedt,

Dresden-Torna, Freital, ...


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Messung von Emissionsgraden

W. Bauer am

Strahlungsmessplatz


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Schutzgas-einlaß

Strom-anschlüsse

Thermo-element-/Pyrometer-meßrohr

Öffnung zurTemperaturmessung

Schutzgas-auslaß

Anschluß fürVakuumpumpe

Graphitfilz

Edelstahl

Kupfer

massive Graphite

Wasser

Kunstharz

Hochtemperatur-Ofen

• 2300 °C

• p =10-2 ... 1000 mbar

• Schutzgase

• heiße Teile aus Graphit- Materialien


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Artikel über

unsere

Messung im

Walzwerk

Hettstedt

[Wochenpost

Februar 1983]


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Das Ende vom Lied

… und die

Mantelthermoelemente

waren so schwer zu

bekommen gewesen


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Inhalt:


2. IOB und IOT

3. HTA und WTA 4. Wie weiter?

5. Danksagungen


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Das Institut nach der Wende (1994):

Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik IWTT

Lehrstühle:

1. Thermodynamik Prof. Ulrich Groß, aus Stuttgart

2. Gastechnik Prof. Michael Hofbauer, aus Essen

3. Energietechnik Prof. Wolfgang Pötke, aus Clausthal

4. Hochtemperaturanlagen Prof. Walter, aus Freiberg

Außerplanmäßige Professuren:

• Prof. Staudte zugeordnet zu 1.

• Prof. Kochs zugeordnet zu 2.

• Prof. Franke zugeordnet zu 3.


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auf der

Treppe

=

vor der

Goldenen

Pforte

1990

2002

1997


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Lehrstuhl

HTA

im Juni

2005


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Berühmte Projekte 1990- 2007

• Graphitbeständigkeit

• Mikrowellen-Erwärmung

• Erosion und Korrosion von Faserbauteilen

• Ofenbauteile aus SiC-Materialien

• Brennstoffzellen-Mini-BHKW

• ENERGETIKhaus100®


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Die Projekte zur Graphitbeständigkeit

• Partner: FOGi-Firmen, Graphit-Hersteller

• Untersuchung der Beständigkeit von

Bauteilen aus Graphit- und

Kohlenstoffmaterialien in

Prozessatmosphären

• Graphite, CFC, Graphitfilze, Graphitfolie

• Stickstoff, Edelgase, Vakuum, Wasserstoff

• Erhöhte Drücke und Gasgeschwindigkeiten


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Photo: ALD Vacuum Technologies GmbH

Vakuum-Wärmebehandlungsofen mit C-“Innenleben“:

• Heizleiter

• Wärmedämmung

• Konstruktions-

Teile

• Chargenträger

• Lüfterrad


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0

200

400

600

800

1000

1200

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Time in hours

Temperature in °C

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+05

Pressure in mbar

Temperature

Pressure

Convective

heating

Heating by

radiation

Retention time

High pressure

gas quenching

Charging

Beispiel für einen industriellen Wärmebehandlungszyklus


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Fragen:

• Gibt es Wechselwirkungen zwischen den

Graphitmaterialien und den Ofenatmosphären ?

• Wird die Ofenatmosphäre verändert ?

• Besteht ein Risiko giftiger Komponenten im Abgas ?

• Wird die Lebensdauer der Graphitteile verkürzt ?


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99,5

99,6

99,7

99,8

99,9

100

100,1

0 2 4 6 8 10 12

Versuchszyklus

Weichfilz

Hartfilz

Folie

Rel. Masse in %

Masseänderung der Filze/der Folie in Stickstoff,

Plateautemperatur 750 °C, 1 bar


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Schliffbilder eines Graphit-Heizers vor und nach 6 Zyklen in

Wasserstoff bei 10 bar und 1100 °C


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1,0E-12

1,0E-11

1,0E-10

1,0E-09

20 40 60 80 100

Zeit in min

0

200

400

600

800

1000

1200

Massenzahlen

2 (H2+)

12 (C+)

18 (H2O+)

28 (N2+, CO+)

32 (O2+)

44 (CO2+)

Temperatur

Ionenstrom in A Temperatur in °C

Restgasanalyse beim Aufheizen bis 1100 °C Druck 0,05 mbar


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Die Projekte zu Erosion und Abrasion

von Faserbauteilen

• Partner: FOGi-Firmen, RATH GmbH

• Untersuchung der Beständigkeit von

Faserbauteilen gegen

Strömungskräfte und

partikelbehaftete Strömungen


Lehrstuhl für Hochtemperaturanlagen

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Abgasleitung nach einem Zyklonentstauber

in einem Blähton-Werk



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Thermobild der Abgasleitung



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Durch Erosion beschädigte Faserauskleidung


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3540

Primärluft

500 620

Sekundärluft

Erdgas

1000

Eingangsteil Anlaufstrecke

620

Druckmeß-stellen

520

AusgangsteilMeßstrecke

Versuchskanal, Schnittdarstellung


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0

2

4

6

8

10

12

14

16

2 3 4 5 6

Wandschubspannung w in Pa

Fasera

btr

ag

in

10

6 F

asern

/ (

m2

h)

20 ° C

400 ° C 800 ° C;

1000 ° C;

1200 ° C

Nachw eisgrenze

Faserabtrag als Funktion der Wandschubspannung

und der Temperatur

Nachweisgrenze

Einbauart 1

Geschnittene Fasermatten

Rohdichte 180 kg/m3

Schnittkanten rechtwinklig

zur Strömung


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0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 400 800 1200

Temperatur in °C

Fasera

btr

ag

in

10

6 F

asern

/(m

² h

)

Einbauart 1; w= konstant = 5Pa

21 m/s

37 m/s

70 m/s62 m/s

Nachw eisgrenze

Faserabtrag in Abhängigkeit von der Temperatur bei

konstanter Wandschubspannung 5 Pa


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Zahlreiche Projekte zu Brennstoffzellen-

Mini-BHKW

• Zahlreiche Partner

• PEM-Brennstoffzellen

• Dampfreformer für die Wasserstofferzeugung aus

Erdgas und Biogas


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Umwelt

Boden

Gas

Öl

Kohle

Uran

Raum- und

Prozesswärme

Mobilität

Elektrizität Arbeit, Licht,

Kommunikation

Wasserdampf CO2

Das gegenwärtige nicht nachhaltige Energie System

Wasser

dampf Wasser


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Umwelt

Prozesswärme

Mobilität

Arbeit, Licht,

Kommunikation

Ein zukünftiges nachhaltiges Energiesystem

stationäre

Brst.-zelle

solare

Wasserstoff-

Erzeugung

Raumwärme

mobile

Brst.-zelle

Brenner

Strom

Wärme

Strom

Wärme

H2


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„inhouse4000“

Institut für Wärmetechnik

und Thermodynamik,

TU Bergakademie Freiberg


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Das Projekt ENERGETIKhaus100®

• Partner:

Solifer Solardach GmbH

FASA AG, Ziegelwerk Eder

• Optimierung von

• Kollektorfläche, Kollektorneigung

• Speichervolumen, Speicherdämmung

• Gebäudedämmung

Solarhaus

• 140 Quadratmeter

Wohnfläche

• 70 Quadratmeter

Sonnenkollektoren

• 30 Kubikmeter-

Wassertank

im Haus

So funktioniert

das Solarhaus

Die Sonne geht auf ...

... und heizt das Haus

„Aber wozu ist denn ein Schornstein auf dem Haus ?“

Der Holzverbrauch an verschiedenen Standorten des

Hauses

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Hö

he

de

s H

olz

sta

pe

ls in

m

München Freiberg Hamburg Oslo (N)


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Industrie-

bezug

Methodischer Schwerpunkt der Promotion

Experimente Mathematische Modellierung

Stahl, Eisen,

u. a. Metalle

Ralph Noack ´86

Rainer Schönlein ´89

Holger Finken ´91

Bernd Wulff ´91

Hubert Pacholik ´92

Peter Homilius ´87 Aeman Aead ´04

Gerald Ketel ´89 Thomas Meyer ´05

Peter Wendt ´89

Frank Arnold ´96

Keramik Arnd Müller ´91 Norbert Daneke ´01

Michal Buryan ´04

Lukasz Robak ´06

Lars Lorenz ´07

Hartmut Schneider ´82

Glas Stefan Krein ´96 Norbert Pfitzner ´10

Ofenbau

allgemein

Wolfgang Bauer ´83 Volker Heuer ´00

Lothar Klöber ´88 Volker Uhlig ´00

Hendrik Richter ´00

Sylvia Otto ´05

Gerd Walter (B) ´82 Andrea Dög ´04

Hartmut Krause ´89 Andrea Rez ´04

Axel Filounek ´06

Markus Reichmann ´11

Energie-

technik

Nils Ohly ´06

Denis Kramer ´07

Jens Strack ´08

Waheed Adeyemi ´08

Claudia Werner ´04 + Habil. ´11

Katrin Grosser ´06

Jan Gerber ´06

Jörg Nitzsche ´10

20 20

Promotionen

1969 - 2011


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Inhalt:


2. IOB und IOT

3. HTA und WTA

4. Wie weiter? 5. Danksagungen


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Sitzt Greta vor einem Industrieofen?


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CO

2

in d

er

Atm

osphäre

in p

pm

Wer die Hotteldiagramme verstanden hat,

weiß, wie CO2 wirkt


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Inhalt:


2. IOB und IOT

3. HTA und WTA

4. Wie weiter?

5. Danksagungen


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Dank

an Geburtshelfer und frühe Begleiter im Inland

• VEB Stahlwerk Brandenburg Noack, …

• EKO Eisenhüttenstadt Wolodkiewicz, …

• VEB Keramische Werke Hermsdorf Hering

• …

an frühe Vorbilder und selbstlose Helfer im Ausland

• MISiS Moskau Krivandin, Filimonov, Arutjunov, …

• VŠB Ostrava Příhoda, ..

• Miskolci Egyetem Fárkás, Bíro, Miko, Szücs

• AGH Kraków Senkara

• …


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Dank an Unterstützer ab 1990

Institutionen

• FOGi Frankfurt/Main Riekeles, Preißer, Beneke

• RWTH Aachen Woelk, …

• TU Clausthal Jeschar, …

• NTNU Trondheim Bredesen

• Univ. of the Negev Beer Sheva Kudish

• …

Firmen

• LINN hightherm Eschenfelden Linn sen., Linn jun.

• Riedhammer Nürnberg Becker

• LOI Essen Wendt, …

• Nabertherm Lilienthal Naber

• …


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Nicht zuletzt danke ich allen treuen

Mitstreitern

• in Sekretariaten, Werkstätten, Labors und

Mitarbeiterzimmern,

• in befreundeten Arbeitsgruppen,

• in Verwaltungen.


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DANKE

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