Onderzoek naar methoden van billetverwarming
Onderzoek naar methoden van billetverwarming
Subsidieregeling
Besluit Subsidies Energieprogramma's Lichte Indust (BSELI)
Aard project
Onderzoeks- of ontwikkelingsproject
Officieel projectnummer
334402/2711
Jaar toekenning
1998
Projectstatus
Afgerond
Uitvoerder 1
HME Nederland BV Veerweg 14 5145MS Waalwijk Telefoon: 0416-675000
Uitvoerder 2
Doomernik BV Beukenstraat 1 5342 XA Oss Telefoon: 0412-646899 Fax: 0412-648705
Samenvatting Vanwege de "hoge leeftijd" van de toenmalige billetverwarmingsovens van HME Nederland BV en de geplande verhuizing van het bedrijf van Drunen naar Waalwijk heeft HME Nederland BV in 1998 en begin 1999 onderzoek verricht naar 3 typen billetverwarmingsovens: de inductieoven zoals tot dan toe bij HME toegepast, een aardgas/lucht gestookte oven en een aardgas/zuurstof gestookte oven. Laatst genoemde oven, ook wel Rapid Fire oven genoemd, wordt nog nergens als verwarmingsoven voor koperen billets toegepast. De ovens worden vergeleken ten aanzien van energie- en onderhoudskosten, ruimtebeslag en productkwaliteit. Tevens wordt de totale jaarlijks geëmitteerde hoeveelheid CO2 en NOx berekend. De aardgas/lucht gestookte oven blijkt vanwege het grote aantal billets dat zich gelijktijdig in de oven bevindt en het grote aantal relatief kleine orders bij HME geen praktisch interessante
optie. Uit diverse verrichte proeven is gebleken dat in de Rapid Fire oven geen onaanvaardbare billetcorrosie optreedt. Door toepassing van een Rapid Fire oven kan ten opzichte van de in 1998 operationele inductieovens jaarlijks 27.500 GJ primaire energie worden bespaard. De Rapid Fire oven vermijdt 1473 ton per jaar aan CO2-uitstoot ten opzichte van de inductieovens. De NOxuitstoot is vergelijkbaar(1,5 ton/ jaar). De jaarlijks haalbare besparing aan energie- en bronwaterkosten bedraagt Euro 152.200 en aan onderhoudskosten Euro 6800. De resultaten van het onderzoek zijn zowel van belang voor de ijzer- en staalsector als voor de non-ferro industrie.
Bedieningspaneel met extruder op de achtergrond Omschrijving bedrijf HME Nederland BV is een producent van naadloos getrokken koperen buizen. De grondstoffen van het productieproces bij HME Nederland BV (koper schroot en koperen blokken) worden batchgewijze in elektrische inductieovens opgewarmd en gesmolten (smelttemperatuur circa 1100 °C). Door middel van een continu gietproces wordt in de gieterij een massief koperen strang gegoten, die wordt ingekort tot billets. Na een tussenbewerking worden de billets opgewarmd tot circa 600 °C, waarna met behulp van een extrusiepers een koperen buis wordt vervaardigd. Door middel van een trekbank kan de koperen buis vervolgens op de gewenste diameter worden gemaakt. Hierna kunnen in gloeiovens de materiaaleigenschappen van het koper aan de wensen van de klant worden aangepast. Tot slot worden de buizen op lengte gezaagd, gereinigd en gereed gemaakt voor transport. De productiecapaciteit bedraagt ongeveer 20.000 ton per jaar. HME Nederland BV heeft ongeveer 130 medewerkers in dienst. In 2001 is HME Nederland verhuisd van Drunen naar Waalwijk.
Projectomschrijving In de jaren voor 1999 is bij HME Nederland BV uiteraard uitgebreide aandacht besteed aan de voorbereiding van de bouw van de nieuwe fabriek in Waalwijk. Hierbij was een belangrijk uitgangspunt dat de jaarproductie van de nieuwe fabriek ongeveer 30% hoger diende te zijn dan die van de oude fabriek in Drunen. In de fabriek in Drunen vond de opwarming van billets voor het extrusieproces plaats in 2 elektrische inductieovens, die respectievelijk dateerden uit 1950 en 1970. Deze billetverwarmingsovens hadden een laag energetisch rendement, een beperkte capaciteit en (vanwege de ouderdom) relatief hoge onderhoudskosten. Tijdens de voorbereiding van de bouw van de nieuwe fabriek is door HME Nederland een inventarisatie verricht naar nieuwe op de markt verkrijgbare gas gestookte billetverwarmingsovens. Hierbij is HME gebleken dat er een nieuw innovatief type billetverwarmingsoven op de markt was verschenen namelijk de "Rapid Fire" oven. De Rapid Fire oven is een gasgestookte oven waarbij het aardgas niet in lucht maar in zuivere zuurstof wordt verbrand. Door het ontbreken van stikstof in het verbrandingsproces in de Rapid Fire oven worden hogere vlamtemperaturen bereikt dan in conventionele aardgas/lucht verwarmde ovens, waardoor de opwarmsnelheid van de billets beduidend toeneemt. Ook de regelbaarheid van de billettemperatuur is bij de Rapid Fire oven beter dan in conventionele ovens, waardoor een efficiëntere productie met minder storingen mogelijk wordt. Omdat toepassing van de Rapid Fire oven voor het verwarmen van koperen billets nieuw is in Nederland en Europa heeft HME Nederland BV zich door middel van een grondig onderzoek duidelijkheid verschaft ten aanzien van: •
mate van risico, dat kwaliteitsdaling van het product in de Rapid Fire oven optreedt vanwege interkristallijne corrosie als gevolg van vrije zuurstofradicalen;
•
een vergelijking van de energie- en milieuaspecten van de Rapid Fire oven met de energie- en milieuprestaties van (de in 1998 bij HME operationele) inductieovens en van gas/lucht gestookte ovens;
•
een vergelijking van andere belangrijke aspecten zoals grondbeslag, onderhoudskosten en flexibiliteit van de 3 oventypen.
Het onderzoek is in de periode 1 juli 1998 tot 1 mei 1999 uitgevoerd en door Novem gehonoreerd als onderzoeks- / ontwikkelingsproject op grond van het Besluit subsidies energieprogramma's en het programma Overige industrie. Experimentele Bepaling Toepasbaarheid Rapid Fire oven Om duidelijkheid te krijgen ten aanzien van het risico van kwaliteitsvermindering van een koperen billet in een Rapid Fire oven is bij de leverancier een testoven gebouwd, waarin diverse koperen billets van het bij HME gangbare formaat zijn opgewarmd. Hierna zijn zowel door de ovenleverancier als door ECN (in opdracht van HME) op monsters van de koperen billets korrelgrensoxidatie-onderzoeken uitgevoerd met behulp van laboratoriumapparatuur. Op basis van alle bovengenoemde onderzoeken kan worden geconcludeerd dat in een Rapid Fire oven onder bij HME optredende procescondities geen onaanvaardbare oxidatie van de koperen billet plaats vindt. Ook is gebleken dat na opwarming van een koperen billet in een Rapid Fire oven moeilijke extrusiebewerkingen en nabewerkingen zonder problemen kunnen worden uitgevoerd.
Extruder Energie- en economische gegevens Deels op basis van praktijkmetingen, deels op basis van door leveranciers verstrekte specificaties zijn energie- en milieuprestaties en enkele andere belangrijke eigenschappen van de 3 onderzochte oventypen met elkaar vergeleken. In onderstaande tabel zijn de resultaten van deze vergelijking weergegeven. Tabel 1: Vergelijking energie-/milieuprestaties en enkele andere belangrijke eigenschappen van 3 onderzochte oventypen.
* Gebaseerd op een productdoorzet van 27 kt/jr
Bestaande Aardgas/lucht Rapid Fire elektrische gestookte oven inductieovens (1998) oven
Primair energieverbruik (GJ /jaar)*
42.911
16.842
15.417
Bronwaterverbruik (m³/jaar)*
12.424
0
0
CO2-emissie (ton /jaar)*
2342
944
869
NOx-emissie (ton/jaar)*
1,5
2,7
1,5
Flexibiliteit t.a.a. kleine batches
goed
matig/slecht goed
Ruimtebeslag
goed
matig
redelijk/goed
Omdat bij HME Nederland BV (vanwege de orderomvang) een groot aantal relatief kleine batches worden geproduceerd, kan worden geconcludeerd dat de aardgas/lucht gestookte oven voor HME geen praktisch toepasbaar alternatief is. Het onderzoek heeft verder uitgewezen dat de jaarlijkse operationele kosten van de Rapid Fire oven aanzienlijk lager zijn dan van de bestaande elektrische inductieovens (Euro 159.000 bij productdoorzet 27 kt/a). Tijdens het onderzoek is op basis van een (voorlopige) prijsindicatie bepaald dat de meerinvestering voor een Rapid Fire oven binnen 5 jaar kan worden terugverdiend.
Billet voorverwarmingsovens Overheidssteun Het project is gehonoreerd als onderzoeks- / ontwikkelingsproject op grond van het Besluit subsidies energieprogramma's en het programma Overige industrie. Voor het project is een subsidie toegekend van Hfl 17.200 zijnde 50% van de begrootte projectkosten. Realisatie Het project is in juni 1999 door middel van een eindrapportage afgerond. Summary In 2001, HME Nederland BV (a manufacturer of solid drawn copper tubes) moved its production plant from Drunen to Waalwijk. The billet reheating furnaces, which were operated in the production plant in Drunen, dated from 1970 and 1950. In 1998 and the beginning of 1999, HME Nederland BV carried out an investigation on 3 types of billet reheating furnaces: the existing electric induction furnaces (as applied by HME), a gas in air fired billet reheating furnace and a gas in oxygen fired reheating furnace. Last mentioned furnace (called the Rapid Fire Furnace) is an innovative type of furnace, which seemed to have some advantages compared to the other conventional billet reheating
furnaces. However no experience did exist in reheating copper billets in a Rapid Fire Furnace. In particular there was great concern that the high oxygen and carbon (di)oxide content of the furnace atmosphere might affect the surface quality of the copper billet. In cooperation with the manufacturer of the Rapid Fire Furnace, HME Nederland BV carried out a great number of tests, in which it was demonstrated that no unacceptable surface corrosion effects did occur. In the investigation a comparison was made of the energetic and environmental performance of the 3 furnace types. Also special attention was paid to the flexibility of the furnace in handling small quantities of billets. During the investigation it became clear that the gas/air fired furnace, due to its low flexibility in handling small quantities of billets, was not appropriate for the production process of HME Nederland BV. As a result of the investigation it was concluded that, through substitution of the induction reheating furnaces by a Rapid Fire Furnace, HME Nederland could save 21500 GJ of fuel per annum. Mentioned substitution also prevents the yearly emission of 1473 tonnes of carbon dioxide. The emissions of NOx will be comparable (1,5 ton /year). The reduction of energy and cooling water (well water) costs can yearly be Euro 152.200, the reduction of maintenance costs can be Euro 6800 per year. The results of the investigation are both of importance to the iron and steel industry and the non-ferro industry.
Overige gegevens Primaire sector 2744 Vervaardiging van koper Secundaire sector 2710 Vervaardiging van ijzer en staal en van ferro-legeringen (EGKS) 2742 Vervaardiging van aluminium 2743 Vervaardiging van lood, zink en tin 2745 Vervaardiging van overige non-ferrometalen Techniek D09
Industriele ovens en fornuizen
