Energiesparwunder – neue Effizienzklasse bei Aluminium-Schmelzöfen

Im Mai 2011 wurde der erste Ofen der neuen Baureihe PurEfficiency® an die Aluminium-Druckgießerei Kovolit a.s. in der Tschechischen Republik ausgeliefert. Der neue Zweikammer-Schmelz- und Warmhalteofen MH II (PE)-T 3000/1500 hat eine Warmhaltekapazität von 3000 kg bei einer stündlichen Schmelzleistung von 1500 kg. Im Benchmarktest unter realen Gießereibedingungen wurde erstmals ein Energieverbrauch von 525 kWh/t  erreicht. Dieser Wert beinhaltet Schmelzverbrauch und Nachheizleistung für eine konstante Badtemperatur von 720°C. Chargiert wurden Masseln à 6 kg sowie das Rücklaufmaterial aus der Druckgießerei, dessen Anteil 49% am gesamten Schmelzgut betrug.

Der erste Ofen der Baureihe PurEfficiency® von StrikoWestofen.

	Beim Leistungstest wird ein Energieverbrauch von 525 kWh/t erzielt.

 

Der neu entwickelte Ofen im Leistungsnachweis
Ofentyp:	MH II-T 3000/1500:
Badinhalt	3000 kg
Nenn-Schmelzleistung	1500 kg/h
Brennstoff	Erdgas
Abstichtemperatur	720°C
Legierung	AlSi7 Druckguss
Gasverbrauch (Leistungstest im Juni 2011)	525 kWh/t
Schmelzleistung	1,68 t/h
Schmelzgut: Masseln / Rücklaufmaterial	51% / 49%

 

Auch im täglichen Gießereibetrieb, bei dem das Schmelzen durch den Warmhaltebetrieb, z.B. bei verringerter Auslastung oder Schichtwechsel unterbrochen wird, verbraucht der neu entwickelte Ofen kaum mehr Energie. Für den Monat Juli meldet die Gießerei einen Gasverbrauch im Schmelzbetrieb von 560 kWh/t als Mittelwert, bei 730°C Badtemperatur. Der energetische Wirkungsgrad des Ofens liegt damit in der Effizienzklasse von Öfen mit regenerativen Brennersystemen und weit oberhalb aller bislang erreichten Werte vergleichbarer Al-Schmelzöfen mit Kaltluftbrennern. Dabei baut ein Ofen der PurEfficiency^® Reihe kaum größer als der vergleichbare StrikoMelter®; insbesondere die Bauhöhe des Schachtschmelzofens ist unverändert geblieben. Herr Marecek, Generaldirektor von Kovolit a.s. in Modrice: „Die neue Ofentechnologie, dessen Bedienung und Zuverlässigkeit, die fristgerechte Lieferung trotz neuer Technologie ohne jegliche Anlaufprobleme und nicht zuletzt der geringe Gasverbrauch haben unsere Erwartungen übertroffen.“

 

Der neu-entwickelte Ofen im Alltag
Ofentyp:	MH II-T 3000/1500:
Gasverbrauch Schmelzbetrieb im Monatsdurchschnitt Juli 2011	560 kWh/t bei 730°C
Stromverbrauch Juli 2011 (Monatsmittel, Kundenangabe)	7,2 kWh/t

 

StrikoMelter® Schachtöfen nutzen seit jeher die Abwärme des Schmelzprozesses zur Vorwärmung des Schmelzguts im Schacht. Das Metall wird oben in den Schacht eingesetzt und dort von den Abgasen des Schmelzprozesses vorgewärmt bevor es auf der Schmelzbrücke in kurzer Zeit verflüssigt wird. Die integrierte Wärmerückgewinnung sorgt für hohe Energieeffizienz; der zügige Schmelzprozess minimiert die Metalloxidation. Durch die Schachtgeometrie werden bisher bereits Energieverbräuche von unter 600 kWh zum Schmelzen und Aufheizen von einer Tonne Aluminium bei 720°C realisiert. Das erbringt bei mittleren Schmelzleistungen - wie etwa bei Kovolit - eine jährliche Kostenersparnis gegenüber modernen Schmelzöfen ohne ETAMAX-Schacht von bis zu 40.000 Euro. Mit der PurEfficiency^® Baureihe steigert sich die Ersparnis auf über 50.000 Euro.

Diese weitere Steigerung des Wirkungsgrades wurde mithilfe numerischer Simulationsverfahren (Computational Fluid Dynamics) erreicht. Der Vorteil numerischer Verfahren: Verschiedene Ofenraumgeometrien, Brenner-Anordnungen und Isolierstärken können im Modell unmittelbar miteinander verglichen werden. Im iterativen Prozess werden Strömungsführung, Wärmeübergang und Temperaturverteilung optimiert. Bilder 3 und 4 zeigen exemplarisch Ergebnisse einer numerischen Simulation des Strömungsverlaufs und des Wärmeübergangs in der Schmelzkammer.

 

Numerische Simulation der Strömung in der Schmelzkammer

 

CFD-Engineering in Zusammenarbeit mit Profis der aixprocess GmbH, Aachen

 

Die erzielte Wirkungsgrad-Steigerung war durch eine ganzheitliche Betrachtung von Ofenkörper, Feuerfestzustellung und Brennerdesign möglich. Das Ergebnis ist eine Optimierung der Brennereffizienz im Zusammenspiel mit der Kontur des Feuerraums und dem Schmelzkammervolumen sowie eine hohe Auslastung des Schachtraums. Die Steuerung der Brennerleistung richtet sich nach den Erfordernissen. Für einen kontinuierlich hohen Schachtfüllstand sorgt die Lasertechnik, bei der der komplette Schachtquerschnitt erfasst wird. Die Beschickung erfolgt dann automatisch, gesteuert durch den Laserscanner.

Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung zeigen sich jedoch erst dann, wenn der gesamte Lebenszyklus eines Ofens betrachtet wird, denn Energieeinsatz, Metallverlust und Ofenwartung machen mehr als 95% der Gesamtkosten über die Lebensdauer eines Schmelzofens aus.

Deshalb wurde auch die Ofenzustellung komplett überarbeitet, mit entscheidenden Verbesserungen in Bereichen hoher mechanischer Beanspruchung. In Zusammenarbeit mit dem Feuerfestlieferanten werden neue Gießmassen im Schachtbereich eingesetzt und mechanisch beanspruchte Bereiche stabilisiert. Das führt zu geringerem Verschleiß der Feuerfestzustellung und höheren Standzeiten. Bei der Ofenisolierung kommen neue Materialien mit verbesserten Dämmeigenschaften zum Einsatz. StrikoWestofen setzt hier konsequent auf komplett umlaufende Kalzium-Silikat-Platten. Durchgängig – außer im Bereich der Brenner - wird eine Isolierschicht mit gleichförmigem Wandaufbau realisiert, so dass Versatzstellen und Wärmebrücken auf ein Minimum reduziert werden. Für ein vollständiges Abdichten der Türen werden Dichtschnüre verwendet, die in eine Nut der Ofentür eingepasst sind.

So werden die Gießereien nicht nur deutliche Einsparungen bei den Betriebskosten verbuchen können, sondern auch eine lange Lebensdauer des Ofens und niedrige Reparaturkosten; für einen optimalen Produktionsprozess.

Öfen der Baureihe PurEfficiency^® werden zurzeit als feststehende oder als kippbare Variante in den Ofengrößen 3000/1500, 4000/2500 und 6000/3500 angeboten, also mit 3000, 4000 oder 6000 kg Badkapazität und mit Schmelzleistungen von 1500, 2500 oder 3500 kg/h.