5 Möglichkeiten, wie Sie Energie beim Schmelzen und Metalltransport sparen

Effizienz in der Aluminiumgießerei: ein praktischer Leitfaden zum Umgang mit Ihren Energie-Hot-Spots

Aluminiumdruckgussprozesse sind bekanntermaßen energieintensiv. Tatsächlich sind etwa 25 % der Gesamtkosten bei der Herstellung von Druckgussteilen mit dem Energieverbrauch verbunden. Das Identifizieren und Beheben von „Hot Spots“ im Energiebereich kann daher einen enormen Beitrag zur allgemeinen Kosteneffizienz und Rentabilität leisten.

Genau deshalb wird in diesem Leitfaden das Schmelzen und der Transport von Flüssigaluminium näher betrachtet. Energieintensive Prozesse sind keineswegs auf diesen speziellen Bereich beschränkt. Es ist allerdings eine beträchtliche Menge an Energie erforderlich, um Rücklaufmaterial und Masseln zu schmelzen und das Flüssigmetall auf der richtigen Temperatur zu halten. Es ist sogar erwiesen, dass der Schmelzbetrieb allein bis zu 77 % des gesamten Energieverbrauchs in einer Druckgießerei ausmachen kann.

Um Ihnen zu Einsparungen zu verhelfen, die für Ihr Unternehmen einen großen Unterschied ausmachen können, finden Sie hier fünf Tipps, die es zu beachten gilt, um den Energieverbrauch und die Kohlendioxidemissionen in Ihrer Aluminiumgießerei zu senken:

1) Daten nutzen, um das Einsparpotenzial zu ermitteln

Aufgrund der Art der beteiligten Prozesse ist der Schmelzbetrieb eine logische erste Anlaufstelle bei der Suche nach Energiesparmöglichkeiten. Aber eine der besten Strategien, um genau festzustellen, wo die größten Verbesserungspotentiale liegen, besteht in der Nutzung der wohl größte Ressource einer Gießerei – Daten.

Die meisten Gießereianlagen, einschließlich Schmelz- und Dosieröfen, verlassen die Produktion jetzt „Industry 4.0 ready“. Das bedeutet, die Anlagen sind ausgestattet, um aussagekräftige Daten zu sammeln und bereitzustellen. Für bestehende Anlagen, die noch nicht in die Kategorie „4.0 ready“ fallen, gibt es die so genannte Gateway-Technologie – ein Beispiel dafür ist Noricans NoriGate-Lösung, die an jeder Anlage nachgerüstet werden kann, um die gleichen Informationen bereitzustellen. Eine datengesteuerte Sicht auf die gesamte Druckgusslinie ist nun möglich und praktisch umzusetzen.

Entscheidende Daten können auf diese Weise zugänglich gemacht und mit Tools wie dem Monitizer in Echtzeit angezeigt und analysiert werden. Dazu gehören Produktions-KPIs, die mit dem Energieverbrauch abgeglichen werden können, um potenzielle Probleme und/oder Technologien zu identifizieren, die noch nicht ihr volles Effizienzpotenzial entfalten.

Das Gewicht im Blick:

Ein spezieller Datensatz, der sich als sehr aufschlussreich erweisen kann, ergibt sich durch den Einsatz von Ofenwägezellen. Diese erfassen das Gewicht des chargierten Materials oder das Gewicht des flüssigen, entnommenem Aluminiums und überlagern dies mit der Energie, die im gleichen Zeitraum verbraucht wird. Die daraus resultierenden Informationen können dazu beitragen, suboptimale Leistungen, die möglicherweise durch ineffizientes Beschicken verursacht werden, schnell zu identifizieren (siehe Punkt 2).

 

Digitale Lösungen sind ein Thema, das wir im weiteren Verlauf dieser Inhaltsreihe ausführlicher behandeln werden, wobei wir uns insbesondere mit den Auswirkungen auf die Verbesserung von Verfügbarkeit, Qualität und Produktivität befassen werden. Behalten Sie unsere spezielle Seite zur „Formel für Giessereieffizienz“ im Auge, um nichts zu verpassen.

2) Ist Ihr Ofenschacht optimal gefüllt?

Schachtschmelzöfen, insbesondere für Aluminium, werden im Allgemeinen als die energieeffizientesten Öfen auf dem Markt angesehen. Das liegt daran, dass die Öfen Vorwärmen, Erhitzen und Verflüssigen in einem Schacht kombinieren und sich das Gegenstromprinzip zunutze machen: Die warme Abluft des geschmolzenen Beschickungsmaterials am unteren Ende des Schachts erwärmt das kalte, frisch nachgefüllte Material auf seinem Weg nach unten. So verkürzt sich der energieintensive Prozess der Verflüssigung, für den eine sehr hohe Temperatur notwendig ist.

Kurzer Fakt: Bei einem Energieverbrauch von etwa 540 kWh/t verursacht ein StrikoMelter-Schachtschmelzofen mit einer jährlichen Schmelzkapazität von etwa 14.000 t 860 t weniger CO2-Emissionen als die sonst auf dem europäischen Markt erhältlichen Schmelzofentechnologien.

Aber auch Schachtöfen können noch effizienter werden. Insbesondere hinsichtlich der Schachtfüllung und des Materialmix im Schacht. Denn verschwendeter Platz ist vergeudete Energie. Hier sind drei Dinge, die Sie sich vielleicht ansehen sollten, um sicherzustellen, dass Ihre Schachtfüllung so effizient wie möglich erfolgt:

Hinweis: Stellen Sie sicher, dass immer ein voller Beschickungswagen in der Beschickungseinheit bereitsteht, sodass der Ofen jederzeit beladen werden kann, wie vom System vorgegeben.

Automatisierung erwägen

Die Verwendung eines Schachtscanners und Wägesystems zur kontinuierlichen Überwachung des Füllstands im Schacht und automatisierten Steuerung des Füllprozesses kann zu Energieeinsparungen von bis zu 4 % führen. Als diese Art der Füllstandsüberwachung mit Lasertechnologie im Rahmen eines umfassenden Modernisierungsprojekts bei Skoda Auto am Standort Mladá Boleslav in der Tschechischen Republik nachgerüstet wurde, trug sie dazu bei, den Energieverbrauch um bis zu 10 % zu senken.

Hinweis: Beladen Sie einen leeren Schacht nicht mit schwerem Material, um eine Beschädigung der Feuerfestauskleidung zu vermeiden.

Auf die Mischung des Beschickungsmaterials kommt es an

Ein Verhältnis von 50 % Rücklaufmaterial und 50 % Masseln gewährleistet die besten Füllbedingungen für eine optimale Energienutzung und Metallausbeute. Sofern möglich, wird durch die Beschickung kleinerer Masseln der Raum besser genutzt und die für die Wärmeübertragung verfügbare Oberfläche im Vergleich zu größeren Masseln maximiert.

Lösung im Fokus: Beim StrikoMelter BigStruc wird auch während des Schmelzprozesses eine Heißgasbaffel eingesetzt, um den Wärmeverlust beim Schmelzen großer Strukturbauteile zu verringern.

Volle (Ab-)Deckung

Eine andere Möglichkeit, den Energieverbrauch niedrig zu halten ist die Maximierung der Wärmespeicherung. Indem der Schacht abgedeckt wird, wird verhindert, dass Energie ungenutzt entweicht. Eine Heißgasbaffel (Schachtabdeckung) wird hauptsächlich verwendet, um die Wärme während der Zeit des Freischmelzens zu speichern. Es hat sich gezeigt, dass der Energieverbrauch beim Freischmelzen so um bis zu 15 % gesenkt werden kann. 

3) Vermeiden Sie Energieverluste durch kurze Schmelzperioden

Aluminiumdruckguss ist bei hoher Auslastung am energieeffizientesten. Das Problem ist, dass Aluminiumgießereien aus mehreren Gründen – von der Wartung der Produktionslinie bis hin zur Entwicklung neuer Projekte – häufig mit einer Kapazität von unter 100 % schmelzen.

Dies führt häufig zu kürzeren, unterbrochenen Schmelzperioden, die sehr ineffizient sind. Durch und während der Unterbrechungen geht Energie verloren und muss zum erneuten Aufheizen verbraucht werden. Neben dem Anstieg des Energieverbrauchs kann auch die Metallqualität aufgrund von Oxidation und Krätzebildung leiden. Eine Situation, in der es nur Verlierer gibt.

Entscheidend ist jedoch, dass eine geringe Auslastung nicht zu kürzeren Schmelzperioden führen muss. Eine Umstellung auf längere Schmelzperioden bei geringer Auslastung, bei der Schmelzen und Warmhalten automatisch auf die energieeffizienteste Art und Weise erfolgen, kann den Energieverbrauch um bis zu 20 % senken.

Lösung im Fokus: Die Part Load Efficiency Control (Teillast-Effizienz-Steuerung) von StrikoWestofen – ein spezielles Brennersteuerungssystem – wurde entwickelt, um diese unnötigen Stopp/Startvorgänge zu verhindern. Dies ist besonders bei einer Schmelzofenauslastung von weniger als 75 % vorteilhaft.

Teillast-Effizienzrechner für StrikoMelter

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4) Viele Wege führen zu weniger Verschwendung – die Summe macht’s

Auch regelmäßige Anlagenwartungen können wesentliche Auswirkungen auf den Energieverbrauch haben. Dies ist ein weiterer Grund, warum digitale Lösungen, die Anlagendaten nutzen und visualisieren, so unschätzbar wertvoll sein können. Sie können dabei helfen, zu erkennen, wann und wo Wartungsarbeiten erforderlich sind, um Leistungsverluste oder – schlimmer noch – Ausfallzeiten zu verhindern (auch dies ist ein Thema, das wir später in dieser Inhaltsreihe näher betrachten werden).

Oft sind es eher die kleinen Dinge, die sich zu erheblichen Energieeinsparungen aufsummieren lassen. Zum Beispiel:

  • Die Wartung der Seildichtung an den Ofentüren mag ein sehr kleines Detail sein, aber selbst dies kann zu einer Energieeinsparung von 1 % führen. Zusammen mit der selbstdichtenden Reinigungstür führt die Seildichtung zu einer perfekten Dichtigkeit. Eine verlässliche Dichtung spart Energie, indem sie den Wärmeverlust während des Schmelz- und Warmhaltevorgangs reduziert und gleichzeitig das Eindringen von Luft verhindert, was zu Oxidation und Korundbildung führen kann.
  • Brennereffizienz erhöht Ofeneffizienz. Ein optimal eingestellter Brenner mit einem nah-stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis kann im Vergleich zu einem Brenner mit einem zu großen Luftüberschuss bis zu 2 % Energie einsparen. Dies liegt daran, dass ein Luftüberschuss, d. h. Luft, die für den Verbrennungsprozess nicht notwendig ist, die Flammentemperatur senkt und die Wärmeübertragung weniger effizient macht.

Schon gewusst? Die nahstöchiometrische Brennereinstellung ist jetzt bei den StrikoMelter PurEfficiency- und BigStruc-Öfen von StrikoWestofen standardmäßig enthalten – was den Gießereien dabei hilft, etwa sieben Kilowattstunden weniger Energie pro Tonne Metall zu verbrauchen.

5) Die Wärme halten – geschlossener Metalltransfer und Dosierung

Wir haben bereits erklärt warum es so wichtig ist, die Hitze im Schacht zu halten um unnötige Wärmeverluste zu vermeiden. Wie sieht es aber aus, wenn heißes Flüssigaluminium in den Dosier- oder Warmhalteofen überführt werden muss?

Die meisten Transportpfannen, die typischerweise für diese Aufgabe verwendet werden, werden zwar vorgeheizt, sind aber ohne Deckel ausgestattet. Das führt zu Wärmeverlust und Energieverschwendung – um dies zu kompensieren muss die Schmelze oft überhitzt werden. Eine Lösung, die nicht unbedingt zu einer Verbesserung der Metallqualität führt – im Gegenteil.

Heißer Tipp: Ein geschlossenes Metalltransfersystem wie der Schnorkle ist nicht nur wesentlich sicherer, sondern mildert auch dieses Effizienzproblem, indem es die Temperatur des geschmolzenen Aluminiums konstant hält. Durchgängig geschlossene Transferlösungen minimieren auch den Kontakt mit der Atmosphäre für eine optimale Metallqualität. Das wirkt sich wiederum auf die Produktivität aus – bessere Qualität des Metalls, bessere Qualität der Gussteile, effizientere und effektivere Nutzung der Energie.

Deckel drauf: Was für den Metalltransport gilt, gilt auch für das Dosieren. Geschlossene Warmhalte- und Dosiersysteme für Flüssigaluminium sind weitaus energieeffizienter, da sie unnötige Temperaturverluste auf ein Minimum beschränken. Der Energieverbrauch für diesen Prozess kann dadurch um etwa 2/3 gesenkt werden. Geschlossene Dosiersysteme können auch erhebliche Auswirkungen auf den Metallerhalt und die Metallqualität haben.

Schon gewusst? Der tiegelfreie Dosierofen Westomat von StrikoWestofen verbraucht nur ein Drittel der Energie, die ein klassisches Löffelsystem benötigt, und begrenzt den Metallverlust auf nur 0,06 %. Er eliminiert Temperaturschwankungen und hat aufgrund minimaler Wartungsanforderungen und maximaler Haltbarkeit eine Verfügbarkeit von bis zu 98 %.  

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