Neue Kathodenaufheizstation: effizienter, sauberer, sicherer

Die TRIMET Aluminium SE hat in der Essener Aluminiumhütte eine neue Kathodenaufheizstation mit vier Kathodenöfen und angeschlossenen Pfannen- und Kokillenfeuern in Betrieb genommen.

Die maßgeschneiderte Anlage steigert die Energieeffizienz und erhöht die Arbeitssicherheit. Außerdem konnten die Arbeitsschritte beim Gießen reduziert und ergonomischer gestaltet werden.

Die neue Aufheizstation ist das Ergebnis einer intensiven Planung. Die auf den Bedarf vor Ort zugeschnittene Anlage wurde zunächst als Prototyp getestet, bevor sie nach 17-wöchiger Bau- und Montagezeit im Januar 2022 in der Kathodenreparaturwerkstatt den Betrieb aufnahm. Hier werden die Elektrolysezellen für die Aluminiumproduktion neu zugestellt. Dabei werden die für die Stromführung benötigten Kathodenbarren mit Gusseisen in die Kathodenblöcke eingegossen. Jeweils elf dieser Blöcke bilden dann den Boden einer Elektrolysezelle.

„Die Modernisierung der Kathodenaufbereitung markiert eine weitere Etappe auf unserem Weg, unsere Produktionsstandorte zukunftsfähig zu machen: Wir steigern die Energieeffizienz, senken die CO₂-Emissionen und verbessern die Arbeitssicherheit“, sagt Dr. Andreas Lützerath, Mitglied des Vorstands der TRIMET Aluminium SE.

In der Aufheizstation werden die aus Graphit bestehenden Kathodenblöcke auf rund 480 °C vorgewärmt, um den Temperaturschock beim Eingießen des 1.450 °C heißen Gusseisens zu minimieren. Die Vorwärmtemperatur darf allerdings nicht höher als 500 °C sein, damit sich die Blöcke nicht selbst entzünden. Gleichzeitig sollen aber die eingelegten Kathodenbarren eine Temperatur von mehr als 600 °C erreichen. Diese technische Herausforderung lösen in der neuen Anlage flammenlose Linienbrenner, die von oben die Kathodeneisen heizen. Die intelligente Führung der heißen Verbrennungsgase macht ein zusätzliches Unterfeuer überflüssig.

Modernisierung der Kathodenaufheizstation bei TRIMET in Essen

Die neue Aufheizstation ist das Ergebnis einer intensiven Planung. Die auf den Bedarf vor Ort zugeschnittene Anlage wurde zunächst als Prototyp getestet, bevor sie nach 17-wöchiger Bau- und Montagezeit im Januar 2022 in der Kathodenreparaturwerkstatt den Betrieb aufnahm. Hier werden die Elektrolysezellen für die Aluminiumproduktion neu zugestellt. Dabei werden die für die Stromführung benötigten Kathodenbarren mit Gusseisen in die Kathodenblöcke eingegossen. Jeweils elf dieser Blöcke bilden dann den Boden einer Elektrolysezelle. Hier geht es zum Film

Effizientere Arbeitsabläufe sorgen für mehr Arbeitssicherheit

Die Linienbrenner sind in die hydraulisch bewegten Deckel der Kathodenöfen integriert. Die Öfen können so während der Aufheizphase der Kathodenblöcke komplett geschlossen bleiben. Diese innovative Konstruktion minimiert Wärmeverluste drastisch. Mit Außenmanteltemperaturen von nur 40 °C sind die Mitarbeiter nur einer geringen Wärmestrahlung ausgesetzt. Außerdem ist der Energiebedarf rapide gesunken. Während die bisher eingesetzten Düsenbrenner mehr als 1.500 Kubikmeter Erdgas pro Aufheizvorgang benötigten, kommt die neue Anlage mit weniger als 500 Kubikmetern aus. Im gleichen Maße – um rund zwei Drittel – reduziert die neue Anlage den CO₂-Ausstoß. Dank einer speicherprogrammierbaren Steuerung lässt sich die Leistung der neuen Brenner stufenlos modulieren oder im Taktbetrieb fahren. Darüber hinaus ist die neue Anlage erheblich leiser als ihr Vorgänger: Der Schallpegel konnte von über 90 auf rund 75 Dezibel gesenkt werden.

Neben den Kernfunktionen der Kathodenaufheizstation hat TRIMET auch Nebenanlagen erneuert und nach Maß auf das neue System ausgerichtet. Das vereinfacht das Handling und den Betriebsablauf. Durch die Einrichtung einer kombinierten Transport- und Gießpfanne entfällt das mehrfache Umfüllen von flüssigem Gusseisen während des Gießvorgangs. Die Isolierung der Pfanne schützt die Mitarbeiter vor großer Hitze und erhöht die Energieeffizienz. Die Manteltemperatur der Pfanne konnte von rund 525 °C auf 100 bis 270 °C reduziert werden. Die Isolierung verhindert, dass das Gusseisen schnell abkühlt und sich damit seine Fließfähigkeit verringert. Das Vorheizen der Pfanne erfolgt in unmittelbarer Nähe der Kathodenaufheizung. Dazu wird ein fingerförmiges Heizelement in die Pfanne abgesenkt. Ein Heißluftsystem trocknet die notwendige Restgusskokille und verhindert so Wasserexplosionen durch schlagartig verdampfendes Kondensat.

Die vier neuen Kathodenöfen und die beiden Pfannen- beziehungsweise Kokillenfeuer sind mit separaten Abgasanlagen ausgestattet. Sie führen die Verbrennungsgase zu einem freistehenden, 17 Meter hohen Kamin außerhalb des Gebäudes und verhindern ein Austreten in die Werkhalle. Den Neubau der Kathodenaufheizstation hat TRIMET genutzt, um die Infrastruktur der Werkhalle im Sinne des Arbeitsschutzes zu optimieren. Alle Medien- und Energiezuleitungen sowie die Abgasleitungen der Kathodenöfen wurden unter den Hallenboden verlegt. Das hat noch bestehende Stolperfallen beseitigt und den Arbeitsbereich noch sicherer gemacht.