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Wärmeausgleichsgruben werden benötigt, um Metallbarren auf eine einheitliche Temperatur aufzuheizen und auf dieser Temperatur zu halten, damit sie die unterschiedlichen Walzwerke mit einer ausreichenden Temperatur durchlaufen können.
Das Beladen der Gruben erfolgt mit heißen Barren von Blasstahlwerken, heißen Röhren-streifen (gegossene Brammen oder Blöcke) aus Stranggießanlagen oder kaltem Material.
Das Material durchläuft unter Umständen eine Reihe unterschiedlicher Walzwerke, von primären und sekundären Walzen über Flammstrahlen, Vorwalzwerke, Zwischenwalzwerke und Fertigwalzwerke.
Da die Metallbarren im Abstand weniger Minuten den Walzen zugeführt werden, der Durchwärmevorgang in den Wärmeausgleichsgruben jedoch Stunden dauert (die Barren wiegen mehrere Tonnen), müssen die meisten Wärmeausgleichsgruben den Walzen 24 Stunden am Tag Material zur Verfügung stehen.
Eine Wärmeausgleichsgrube, wie in Abbildung 1 dargestellt, ist eine thermisch isolierte Kammer mit einem Schiebedach zur Beladung und Entnahme der Metallbarren. Aufgrund der Gasbefeuerung der Grube müssen Temperatur, Gaszufuhr, Luftzufuhr und Kammerdruck kontinuierlich überwacht werden. Weitere Regelungen könnten das Vermischen der Abgase mit Luft beinhalten, um den Schutz des Wärmeaustauschers zu garantieren und eine Abschaltung bei Überhitzung oder Unterdruck zu gewährleisten.
Eine Cross-Limiting-Strategie zur Verbrennungsregelung gewährleistet, dass es in einem Verbrennungsprozess kein gefährliches Verhältnis zwischen Luft und Brennstoff geben kann. Eine solche Strategie wird umgesetzt, indem die Luftzufuhr erhöht wird, bevor die Brennstoffzufuhr zunehmen kann, wie in Abbildung 2 dargestellt, oder indem die Brennstoffzufuhr verringert wird, bevor die Luftzufuhr abnimmt. Bei der Einbindung dieser Technik wird eine Kombination aus Min-Auswahl- und Max-Auswahl-Modulen verwendet.
Abbildung 3 zeigt ein vereinfachtes Regel-Blockdiagramm des Cross-Limiting Verbrennungskreislaufs. Eine kombinierte Befeuerung mit zwei Brennstoffen gleichzeitig ist bei diesem Ablauf ebenfalls möglich.
In einer Wärmeausgleichsgrube werden im Allgemeinen zwei Thermoelemente verwendet: ein Element sitzt an der Brennerwand, das zweite an der Endwand. Der Bediener kann ein Element auswählen oder automatisch auf das Element mit dem höchsten Messwert umschalten, damit der optimale Brennerbedarf ermittelt wird.
Cross-Limiting-Verbrennungsregelung ist äußerst effektiv und kann folgendes bewirken:
Als Erweiterung der oben beschriebenen Möglichkeit steht die Cross-Limiting-Verbrennungsregelung zur Verfügung. Sie wird durch die Aufschaltung zusätzlicher, dynamischer Grenzwerte für die Luft- und Brennstoffsollwerte erreicht. Diese werden so gesetzt, dass das aktuelle Luft-/Brennstoff-Verhältnis während des Übergangs aufrecht erhalten wird. Diese Methode schützt vor Verminderung des Verhältnises zwischen Luft und Brennstoff und der daraus resultierenden Verringerung der Wärmezufuhr.
Die Anforderungen für die Durchwärmung von Metallbarren in einer Wärmeausgleichsgrube variieren je nach Gesamtbeladung und Wärmezyklus. Diese werden in einem übergeordneten Leitsystem berechnet und als Profilsatz in den Temperaturregler heruntergeladen. Dort werden Zieltemperaturen und Rampensteigungen eingestellt. Ist das Profil einmal geladen, wird es von den Instrumenten ohne weiteren Bedienereingriff abgearbeitet.
Das Gas für die Wärmeausgleichsgrube ist eine Mischung aus Brenngasen aus anderen Bereichen des Stahlwerks, wie BOS (LD)-, Hochofen- und Koksofengas. Diese Gase werden je nach Verfügbarkeit in einem bestimmten Verhältnis in der Gasmischstation gemischt. Durch die verschiedene Zusammensetzung entstehen unterschiedliche Brennwerte des Endgases. Mit Hilfe eines Massenspektrometers kann der Wobbe Index aus der spezifischen Dichte des Gases bestimmt werden. Der daraus resultierende Verhältnis-Korrekturfaktor für die optimale Verbrennung wird dem Modul für die Verbrennungsregelung zugeführt.
