Schmelzöfen für DC-Aluminiumguss

Vorbereitung der Aluminiumschmelze

Die Produktivität einer Aluminium-DC-Gießanlage hängt oft von der Zykluszeit der Schmelzchargenvorbereitung ab. Die meisten Anlagen sind durch die Zykluszeit der Schmelzevorbereitung und nicht durch die Zykluszeit der DC-Gießgrube eingeschränkt. Der Schmelzvorbereitungsvorgang muss geschmolzenes Aluminium mit der richtigen Temperatur an die DC-Gießanlage liefern, pünktlich, und innerhalb der angegebenen Legierungszusammensetzung.

Für diese Ziele ist die Art der eingesetzten Ofentechnik und deren Management von entscheidender Bedeutung. Zusätzlich, Dies wollen die Betreiber mit geringem Schmelzeverlust erreichen, minimale Kapitalkosten, lange Ofenlebensdauer, sicher, und mit einem minimalen Energieverbrauch zur Reduzierung der Kraftstoffkosten und Treibhausgasemissionen [1].

Schrottumschmelzen und Gleichstromgießen

Fast jeder Aluminiumextruder verfügt über eine eigene Werkstatt zum Umschmelzen interner technologischer Aluminiumschrotte. Diese Geschäfte können groß sein, mittel und groß, abhängig von der Anzahl der Strangpressen für einen bestimmten Aluminiumextruder.

Diese Öfen weisen besondere Merkmale auf, da sie zum Umschmelzen und Umschmelzen von Aluminium-Strangpressschrott geeignet sein müssen Direkt-Hill-Casting verwenden vertikale DC-Gießmaschinen (VDC-Gießmaschinen).

Nachfolgend finden Sie Empfehlungen zur Auswahl von Schmelzöfen für eine solche Umschmelzerei. Sie können für den Umschmelzbetrieb unabhängig von einer Extrusionsanlage nützlich sein. Diese Empfehlungen basieren auf den hervorragenden Materialien von Ashford Engineering Services [2].

Auswahl des Schmelzofens

Für die Ofenauswahl und -anordnung gibt es mehrere Möglichkeiten, die vom geplanten Gesamtproduktionsvolumen abhängen [2]:

• Mit Produktionsmengen von bis zu 8000 Tonnen pro Jahr kann ein einzelner Ofen verwendet werden. Schmelzen und Warmhalten erfolgen im selben Ofen (Abb. 1).
• Wo die Produktionsanforderungen übersteigen 10000 Tonnen/Jahr ist der Einsatz von zwei parallelen Schmelz-/Warmhalteöfen möglich (Abb. 2).
• Für höhere Produktionsraten kann ein Schmelzofensystem mit drei Öfen verwendet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn häufige Legierungswechsel vorgesehen sind. Eine solche Anordnung mit zwei Schmelzöfen, die einen einzelnen Warmhalteofen versorgen, bietet Flexibilität bei Produktionsmengen von bis zu 60000 Tonnen pro Jahr.

Feige. 1 – Ein einzelner Schmelz-/Warmhalteofen als Teil der Werkstattausrüstung
für den vertikalen Gleichstromguss von Strangpressblöcken [2]

Abbildung 1 – Der allgemeine Aufbau von zwei parallelen Öfen und Schmelzbehandlungseinheiten
in Bezug auf vertikale DC-Gießmaschine [1]

Ofentypen

Ein Schmelz-/Warmhalteofen kann sein

• Festherdofen
• Kippofen.

Ofen mit festem Herd

Der Festherdofen hat die geringeren Kapitalkosten und ist die einfachste Konstruktion. Aus diesem Ofentyp wird geschmolzenes Metall durch ein Abstichloch zugeführt. Der spezielle Hahnlochblock wird durch einen an einem Griff befestigten Konus verschlossen (Abb. 3).

Feige. 3 — Schmelzofen mit festem Herd [2]

Kippofen

Der Kippofen hat höhere Kapitalkosten, weil der Ofen auf hydraulischen Zylindern angehoben wird, um das Metall auf die Gießrinne und dann auf die Gießmaschine zu gießen (Abb. 4). Abbildung 5 zeigt ein 15 Tonnenschwerer Kippschmelzofen.

Abbildung 4 – Kippschmelzofen [2]

Abbildung 5 – EIN 15 Kipp-/Warmhalteofen mit Tonnenkapazität [2]

Die höheren Kosten des Kippofens werden durch die einfache und genaue Steuerung der Metallzufuhr gerechtfertigt. Dieser Ofentyp bietet außerdem eine verbesserte Sicherheit für Anlage und Bediener. wenn es ein Problem gibt, Der Kippofen kehrt in seine Ruheposition zurück. Geschmolzenes Metall wird im Ofen zurückgehalten und der Metallfluss wird sofort gestoppt [1].

Der Festherdofen wird mit einem Abstichloch betrieben, das manuell verschlossen werden muss. Bei Problemen im Gussbereich kann es schwierig werden. Daher besteht ein großes Risiko, dass der Inhalt des Ofens in die Gießgrube und den Hallenboden gelangt.

Ofenheizung

Öfen werden üblicherweise mit Gas oder Öl beheizt. Warmhalteöfen werden gelegentlich mit Strom beheizt.

Es gibt drei Arten von Brennersystemen [2]:

• Kaltverbrennungsluftbrenner
• rekuperativer Brenner
• regenerativer Brenner.

Kalte Verbrennungsluftbrenner

Der Brenner mit kalter Verbrennungsluft sorgt für maximalen Brennstoffverbrauch. Geeignet für Schweröle, Kerosin und Gas [2].

Rekuperative Brenner

Rekuperativbrenner sind für Gas und Öl geeignet. Abgase strömen durch einen Wärmetauscher, um die Verbrennungsluft zum Brenner vorzuwärmen [1]:

• Sie reduzieren den Kraftstoffverbrauch um ca 20% im Vergleich zum Kaltluftsystem.
• Die Kapitalkosten betragen ca 1,7 mal so hoch wie die Kosten für ein Kaltluftsystem.
• Nicht wirklich praktisch für lackierten oder öligen Schrott.

Regenerative Brenner

Hauptmerkmale [2]:

• Sie reduzieren den Kraftstoffverbrauch um ca 45% im Vergleich zum Kaltluftsystem.
• Regenerative Brenner werden hauptsächlich für Gas verwendet.
• Sie sind nicht für die Verwendung mit lackiertem oder öligem Schrott geeignet.
• Die Kapitalkosten betragen ca 3 Zeiten für das Kaltluftsystem.

Dieses System verwendet zwei Brenner, die abwechselnd befeuert werden, wobei die Abgase von einem durch den anderen zurückströmen und dann in ein Keramikmedium gelangen. Das Keramikmedium nimmt die Wärme auf, speichern, so dass bei der Umkehrung der Befeuerung diese Wärme der Verbrennungsluft zugeführt wird. Dieses Wärmespeichermedium kann zur regelmäßigen Reinigung entnommen werden. Regenerative Keramikbrennersysteme erfordern ein komplexes Steuerungssystem mit Mikroprozessor und erfordern einen höheren Wartungsaufwand und höhere Kosten [2].

Abbildung 6 – Schematische Darstellung der regenerativen Brenneranordnung
für Flammschmelzofen.
(Bowers, J.D.) [3]

Regelung der Ofentemperatur

Bei allen Ofensystemanforderungen erfordern die Anforderungen an einen effizienten Brennstoffverbrauch eine gute Temperaturkontrolle.

Die Kontrolle der Badtemperatur sollte der vorrangige Faktor sein, damit kein Kraftstoff verschwendet wird, indem dem Metall eine zu hohe Temperatur zugeführt wird. Eine zu hohe Badtemperatur führt zum Verlust der Legierungselemente und erfordert eine zusätzliche Legierungszugabe, um diesen Verlust auszugleichen, wodurch die Betriebskosten steigen [2].

Die Schmelzregelung kann entweder auf der Dachtemperatur oder der Rauchgastemperatur erfolgen, wobei die Brenner bei Erreichen der Temperatur modulieren. Allerdings sollte die erforderliche Metalltemperatur Vorrang vor der Rauchabzugs- oder Dachtemperatur haben. Als maximal zulässige Metalltemperatur wird üblicherweise angenommen 750 Grad Celsius [2].

Quellen:
1. Direktkühlguss von Leichtmetalllegierungen /John Grandfield, D. G. Das nennt man Gießen mit direkter Kühlung (Abb., Ian Bainbridge, 2013
2. Gleichstrom. Handbuch für den Gießereischmelzbetrieb – Ashford Engineering Services, 1997
3. Aluminiumrecycling / Mark E. Schlesinger, 2007