5 modi per risparmiare energia durante la fusione e il trasferimento dei metalli

Efficienza della fonderia di alluminio: una guida pratica per gestire i punti critici di consumo energetico

Le operazioni di colata dell'alluminio sono notoriamente ad alta intensità energetica. Infatti, circa il 25% del costo totale dei componenti pressocolati è associato al consumo di energia. L'identificazione e la gestione dei "punti critici" di consumo dell'energia può quindi fare una grande differenza in termini di efficienza e redditività complessive.

Questo è esattamente il motivo per cui la nostra guida esamina in dettaglio la fusione e il trasferimento dell'alluminio liquido. I processi ad alta intensità energetica non si limitano a quest'area specifica, eppure per fondere scarti e lingotti e per mantenere il metallo fuso alla temperatura corretta è necessaria una notevole quantità di energia. Tant'è che i fatti suggeriscono che il solo impianto di fusione può determinare fino al 77% del consumo energetico complessivo in una fonderia di alluminio.

Di seguito sono riportati 5 fattori chiave per ridurre il consumo di energia e le emissioni di carbonio nelle fonderie di alluminio in modo da ottenere risparmi che potrebbero fare una grande differenza per l'attività:

1) Utilizzare i dati per individuare il potenziale di risparmio

Per la natura dei processi coinvolti, significa che l'impianto di fusione è un primo passaggio logico nella ricerca di modalità per ridurre il consumo di energia. Ma una delle migliori strategie per individuare esattamente le aree con maggiori opportunità di miglioramento è quella di sfruttare ciò che probabilmente sta diventando la più grande risorsa di una fonderia: i dati.

Ora la maggior parte delle apparecchiature per fonderia, tra cui i forni di fusion e dosaggio, hanno una linea di produzione pronta per Industry 4.0, il che significa che le macchine sono predisposte per raccogliere e fornire dati informativi sulle prestazioni. Per le apparecchiature meno recenti che non rientrano nella categoria "pronta per 4.0", esiste la cosiddetta tecnologia di accesso remoto (la soluzione NoriGate di Norican è un esempio), che può essere adattata a qualsiasi macchina per sfruttare le stesse informazioni. Ora è possibile ottenere facilmente una visione basata sui dati dell'intera linea di colata.

I dati fondamentali pronti per essere sbloccati in questo modo, e con strumenti come Monitizer, visualizzati e analizzati in tempo reale, includono gli ICP di produzione, che possono essere confrontati con l'energia consumata al fine di identificare potenziali problemi e/o tecnologie che non funzionano al massimo potenziale di efficienza.

Controllo del peso:

Un particolare set di dati che può risultare molto rivelatore è ottenuto usando le celle di carico del forno per tracciare il peso del materiale caricato al suo interno o il peso dell'alluminio liquido che ne fuoriesce, da correlare all'energia utilizzata nello stesso arco di tempo. Le informazioni che ne risultano consentiranno di identificare rapidamente le prestazioni non ottimali, che possono essere causate da un riempimento e da una distribuzione del materiale inefficienti (vedere punto 2).

 

Il tema delle soluzioni digitali verrà trattato in modo più approfondito in questa serie di contenuti e in particolare verranno esaminate le implicazioni volte a migliorare i tempi di attività, la qualità e la produttività. Controlla spesso la nostra pagina dedicata "Formula di efficienza per la fonderia" per gli aggiornamenti.

2) Verificare che il vano sia riempito in modo ottimale

I forni di fusione a tino, in particolare per quanto riguarda l'alluminio, sono ampiamente considerati come i forni più efficienti sul mercato dal punto di vista energetico. Ciò perché combinano il preriscaldamento, il riscaldamento e la liquefazione in un'unica unità e funzionano in base a un principio vantaggioso a corrente invertita: Il gas di scarico dal materiale di carica fuso nella parte inferiore del vano riscalda gradualmente la materia prima fredda mentre si sposta verso il basso dalla parte superiore in cui è stato caricato, riducendo al minimo il tempo in cui deve mantenere un'alta temperatura (e un'alta intensità energetica) per completare il processo di fusione.

Notizie in breve: con un livello di consumo energetico di 540kWh/t, un forno di fusione a tino StrikoMelter con una capacità di fusione annuale di circa 14.000 t produce 860 t in meno di emissioni di CO2 all'anno rispetto alla tecnologia dei forni di fusione disponibili sul mercato europeo.

Ma anche i forni a tino possono essere resi più efficienti. In particolare, perfezionando il riempimento del vano e la distribuzione del materiale al suo interno. Lo spazio sprecato è energia sprecata. Ecco 3 aspetti da considerare per assicurarsi che il riempimento sia il più efficiente possibile:

Suggerimento: accertarsi che ci sia sempre un carrello di ricarica completo pronto per essere inserito nell'unità di ricarica, in modo che il forno possa essere caricato in qualsiasi momento, come previsto dal sistema.

Prendere in considerazione l'automazione


L'uso di un dispositivo di scansione per vani e di un sistema di pesatura per monitorare continuamente i livelli di carica del materiale e gestire automaticamente il processo di riempimento può portare a un risparmio energetico fino al 4%. L'adattamento di questo tipo di monitoraggio del livello con tecnologia laser è stato adattato come parte di un progetto di ammodernamento completo presso Skoda Auto nella sua sede di Mladá Boleslav in Repubblica Ceca e ha contribuito a ridurre i consumi energetici fino al 10%.

Suggerimento: non caricare un vano vuoto con materiali pesanti per evitare di danneggiare il rivestimento refrattario.

Analizzare la miscela di materiali di carica


Una proporzione pari a 50% di metallo in uscita e 50% di lingotti garantisce le migliori condizioni di riempimento per un utilizzo dell'energia e una resa dei metalli ottimali. Laddove possibile, l'utilizzo di lingotti più piccoli per la ricarica consente di sfruttare meglio lo spazio e di massimizzare la superficie disponibile per il trasferimento di calore rispetto ai lingotti più grandi.

Soluzione in primo piano: StrikoMelter BigStruc è un esempio in cui il deflettore di gas caldo viene utilizzato anche durante il processo di fusione per ridurre la perdita di calore durante la rifusione di parti strutturali di grandi dimensioni.

Utilizza una copertura


Un altro modo per ridurre il consumo di energia consiste nel massimizzare la ritenzione di calore coprendo il vano per evitare che fuoriesca energia inutilizzata. Un deflettore di gas caldo (copertura del vano) viene principalmente utilizzato per trattenere il calore durante i periodi di fusione libera per la pulizia della camera di fusione. È stato dimostrato che durante le operazioni di fusione libera riduce il consumo di energia fino al 15%. 

3) Assicurarsi che l'energia non venga completamente assorbita durante brevi periodi di fusione

La pressofusione di alluminio raggiunge la massima efficienza energetica ad alti livelli di utilizzo. Il problema è che spesso le fonderie di alluminio funzionano a una capacità inferiore al 100% per vari motivi, dalla manutenzione della linea allo sviluppo di nuovi progetti.

Ciò si traduce spesso in periodi di fusione più brevi e interrotti, che risultano molto inefficienti: negli intervalli intermedi si perde energia, che è nuovamente necessaria per riscaldare l'impianto. Oltre ad aumentare il consumo di energia, il processo può anche ridurre la qualità del metallo a causa dell'ossidazione e della formazione di scarti. Una situazione senza alcun beneficio.

Per quanto cruciale, un basso utilizzo non deve significare periodi di fusione più brevi. Il passaggio a periodi di fusione più lunghi con un basso livello di utilizzo, in cui le fasi di fusione e di attesa vengono applicate automaticamente con la massima efficienza energetica, può ridurre il consumo di energia fino al 20%.

Soluzione in primo piano: il controllo dell'efficienza del carico parziale di StrikoWestofen è un apposito sistema di controllo del bruciatore sviluppato per evitare questo tipo di sprechi causati dall'arresto/avvio ed è particolarmente utile quando i forni di fusione funzionano a una capacità inferiore al 75%.

4) Continuare a ridurre gli sprechi: risulterà vantaggioso

Utilizzare tecniche di manutenzione aggiornate può avere un impatto significativo sul consumo di energia. È un altro motivo per cui le soluzioni di gestione digitale che utilizzano e visualizzano i dati delle apparecchiature possono rivelarsi molto preziose, dal momento che possono aiutare a segnalare quando e dove potrebbe essere necessario un intervento di manutenzione per prevenire la perdita di prestazioni o, peggio ancora, i tempi di inattività (anche questo argomento verrà trattato in modo approfondito di seguito nei nostri contenuti).

E spesso a consentire un significativo risparmio energetico non è necessariamente un unico importante fattore ma un insieme di piccoli elementi. Per esempio:

  • tenere la corda di tenuta sulle porte del forno può sembrare un dettaglio di poco conto e invece può generare un risparmio energetico dell'1%. Insieme allo sportello per la pulizia a chiusura automatica, la corda di tenuta può raggiunge una perfetta stabilità. Disporre di una tenuta ermetica consente di risparmiare energia riducendo la perdita di calore durante le fasi di fusione e di attesa, evitando al contempo l'ingresso di aria che potrebbe portare all'ossidazione e alla formazione di corindone.
  • Un bruciatore efficiente rende l'impianto più efficiente. Un bruciatore ben regolato con un rapporto stechiometrico aria/combustibile può risparmiare fino al 2% di energia rispetto a un bruciatore con un volume d'aria eccessivo. Ciò perché l'aria in eccesso, ovvero l'aria non necessaria per il processo di combustione, abbasserà effettivamente la temperatura della fiamma e renderà meno efficiente il trasferimento di calore.

Sapevi che: la regolazione quasi stechiometrica del bruciatore è ora inclusa come standard nei forni StrikoMelter PurEfficiency e BigStruc di StrikoWestofen e consente alle fonderie di consumare circa sette chilowattora in meno di energia per tonnellata di metallo.

5) Trattenere il calore con la copertura durante il trasferimento e il dosaggio del metallo

Abbiamo già menzionato i vantaggi dell'efficienza energetica derivanti dal mantenimento del calore all'interno del vano in modo da evitare perdite termiche inutili, ma come procedere quando l'alluminio fuso a caldo è pronto per essere trasferito nel forno di dosaggio o di attesa?

Durante il preriscaldamento, la maggior parte dei caricatori di trasferimento normalmente utilizzati per completare questa attività sono scoperti, il che comporta perdita di calore e spreco di energia. Per compensare questa conseguenza, spesso la fusione genera un surriscaldamento, una soluzione che potrebbe avere come effetto collaterale negativo la degradazione della qualità del metallo.

Suggerimento importante: oltre a essere decisamente più sicuro, un sistema chiuso per il trasferimento del metallo, come lo Schnorkle, risolve questo problema di efficienza mantenendo l'alluminio fuso a una temperatura costante. Inoltre, le soluzioni di trasferimento a tenuta ermetica riducono al minimo il contatto con l'atmosfera per garantire una qualità ottimale del metallo, che a sua volta influisce sulla produttività: la migliore qualità del metallo in ingresso porta a una migliore qualità dei componenti pressofusi in uscita e a un uso più efficiente ed efficace dell'energia.

Un'ulteriore copertura: analogamente al trasferimento del metallo dal forno di fusione primario, anche i sistemi di attesa e dosaggio per l'alluminio liquido sono molto più efficienti dal punto di vista energetico in quanto eliminano il rischio di perdite di temperatura inutili. Di conseguenza, il consumo di energia per questo processo può essere ridotto di circa 2/3. I sistemi di dosaggio chiusi possono anche avere un impatto notevole sulla qualità e sulla perdita di metallo.

Sapevi che: il forno di dosaggio senza crogiolo Westomat di StrikoWestofen utilizza solo un terzo dell'energia richiesta da un classico sistema con caricatore, limita la perdita di metallo ad appena lo 0,06%, elimina le fluttuazioni di temperatura e ha un tasso di disponibilità del 98% determinato dai requisiti minimi di manutenzione e resistenza all'usura.            

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