Prof. Dr.-Ing. Egbert Baake, Institut für Elektroprozesstechnik (ETP), Leibniz Universität Hannover 

Prof. Dr.-Ing. Egbert Baake, Institut für Elektroprozesstechnik (ETP), Leibniz Universität Hannover; Dr. Marco Rische, ABP Induction Systems GmbH, Dortmund

Ulrich Petzschmann, Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH 

Thomas Kähler, Inductotherm 

Gießerei heute – Entwicklungen und Trends: Neben den alltäglichen Herausforderungen innerhalb eines Industriebetriebes, treffen wir in der heutigen Zeit auf moderne Probleme, hervorgerufen durch geopolitische Unsicherheiten, Kriege, Pandemien. Als Anlagenbauer gehen wir also der Frage, wie wir die Entwicklungen der vergangenen Jahre – besonders im Rahmen der Industrie 4.0 – bestmöglich einsetzen können, um Engpässe zu kompensieren und betriebliche Abläufe effizienter und transparenter zu machen.

Dr.-Ing. Christof Dahmen, Otto Junker GmbH

Generell sind die überwiegende Anzahl der in deutschen Aluminiumgießereien und -halbzeugwerken betriebenen Schmelzöfen fossil beheizt und damit unmittelbare Erzeuger von Treibhausgasen. Es ist offensichtlich, dass sich diese Situation zum Erreichen der durch die Politik gesteckten Klimaziele grundlegend verändern muss. Dies ist nur möglich, wenn der Verbrauch von fossilen Energien und damit von Erdgas drastisch reduziert wird. Die Otto Junker GmbH entwickelt Ofenkonzepte, um zukünftig CO₂-neutrale Anlagen zum Schmelzen von Aluminium- und Kupferlegierungen sowie Eisen- und Stahllegierungen und Anlagen zur Wärmebehandlung von Aluminium- und Kupferlegierungen anbieten zu können. Diese basieren auf der Nutzung von grünem Strom, auf der Nutzung von grünem Wasserstoff oder auf hybriden Lösungen.

Die alleinige Nutzung von Strom als auch von Wasserstoff haben jeweils prozesstechnische Nachteile: Die Speicherung und Verfügbarkeit von Strom und Verluste bei der Herstellung von Wasserstoff. Weiter ist es noch unklar, welche erneuerbaren Energien in der Zukunft zur Verfügung stehen werden. Daher verfolgt Otto Junker verschiedene Konzepte, um individuell auf die spezifischen Anforderungen und Rahmenbedingungen der Kunden eingehen zu können.

Weltweit sind sehr viele Ein- oder Zweikammerschmelzöfen im Einsatz, die mit Erdgas- Brennern betrieben werden. Für diese Öfen entwickelt Otto Junker eine induktiv betriebene Beheizung. Sollte Wasserstoff verfügbar und günstig sein, ist ein auch ein Betrieb mit Wasserstoff, oder eine Kombination von Wasserstoff und Strom denkbar.

Ebenso sind sehr viele Kammeröfen zur Wärmebehandlung im Einsatz. Diese Öfen sind größtenteils mit erdgasbetriebenen Brennern zur Beheizung ausgestattet. Für diese Öfen entwickelt Otto Junker Heizregister mit einer hohen Leistungsdichte sowie Heizkerzen, die Erdgasbrenner für alle gängigen Leistungsgrößen substituieren können. Alternativ können diese Öfen auch mit Wasserstoffbrenner ausgerüstet werden, wenn Wasserstoff verfügbar und günstig ist.

N.N.

Dr.-Ing. Wilfried Schmitz, Otto Junker GmbH

Die verfahrenstechnischen Anforderungen an den Schmelz- und Gießprozesses, insbesondere

• die Einhaltung enger Analysen- und Temperaturtoleranzen,
• die zeit- und mengengerechte Bereitstellung des gießfertigen Metalls
• und der Ausgleich von zeitweiligen Schwankungen im Flüssigeisenbedarf

stellen hohe Ansprüche an Auswahl, Gestaltung und Betrieb der einzelnen Teilprozesse vom Einschmelzen der Einsatzstoffe bis hin zum dosierten Füllen der Gießformen. Dies muss unter dem Primat einer hohen Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz geschehen. 

Betrachten wir den Energieaufwand in der Gießerei, so muss man sich vergegenwärtigen, dass für den Schmelz- und Gießprozess mehr als 70% des Gesamtenergiebedarfes einer Gießerei verbraucht werden. Der Anteil für den Warmhalte- und Gießprozess ist dabei nicht unerheblich. Geht man von Durchschnittswerten bezogen auf Gusseisen aus, so sind Verbrauchswerte für das Schmelzen der Einsatzstoffe auf 1.500 °C von 510-550 kWh/t durchaus möglich, aber fast 150-230 kWh/t werden oftmals noch einmal für den nachfolgenden Warmhalte-, Transport- und Gießprozess benötigt.

 Dazu ist festzustellen, dass mehr als 10 % der Ausfälle an Formanlagen auf das Fehlen von gießfertigem Metall zurückzuführen sind und ca. ein Drittel des Gießereiausschusses durch Fehler im Schmelz- und Gießprozess verursacht wird.

 Unter diesen Gesichtspunkten werden die technischen Alternativen für das Schmelzen, das Warmhalten, den Transport und das Gießen des flüssigen Eisens einer Bewertung zugeführt, wobei der Einsatz von Induktionsöfen im Vordergrund der Betrachtung steht.

Dr. Marco Rische, ABP Induction Systems GmbH  

Der Druck durch die umweltpolitischen Anforderungen zum Erreichen der festgelegten Klimaziele für industrieller Verbraucher steigt ständig, auch getrieben durch die CO2-Besteuerung fossiler Brennstoffe. Alle industriellen Verbraucher von Koks, Öl und Gas suchen nach alternativen Lösungsansätzen, um den mittelfristig gesteckten Umweltzielen für eine CO2-neutrale Produktion gerecht zu werden. Wenn Gießereien die Umstellung von einem Kupolofen- auf einen Induktionsofen-Schmelzbetrieb in Betracht ziehen, gibt es zwei grundsätzliche Herausforderungen zu beachten: Zum einen bedeutet die Umstellung von Kupol- auf Induktionsofen auch eine Umstellung im Betrieb – von kontinuierlicher Bereitstellung zu diskontinuierlichem Betrieb, dem Chargenbetrieb. Zweite Herausforderung ist die Schrottqualität. Der Beitrag beschreibt die strategische Herangehensweise bei der Umstellung und stellt Lösungsansätze bei der Planung, Umsetzung und Inbetriebnahme vor.

Dr. Georg Geier, Geschäftsführer Siempelkamp Giesserei GmbH