Schachtschmelzofen-Energieverbrauch

Der spezifische Energieverbrauch von Schachtschmelzöfen ist stark von den unterschiedlichen, marktgängigen Ofenkonzepten abhängig und wird in unabhängigen Studien mit 580 bis 900 kWh/t Aluminium beziffert. Generell ist der Energieverbrauch  von der Ofengröße, der Temperatur der Schmelze im Bad sowie vom Einsatzmaterial (Legierung, Stückgröße etc.) abhängig.

Beispiel:

Für den Schachtschmelzofen StrikoMelter® mit ETAMAX® Schacht von StrikoWestofen GmbH sichert der Hersteller einen Energieverbrauch im kontinuierlichen Betrieb von 600 kWh/t bei 720 °C Schmelzetemperatur zu, dies gilt für den Einsatz von Masseln und stückigem Kreislaufmaterial.

Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs:

Folgende Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs an Schachtschmelzöfen sollten vorliegen bzw. implementiert werden:

  • Gute Ofenauslastung, kontinuierlicher Schmelzbetrieb
  • Anpassung der Schachtgröße an das Beschickungsmaterial und bei Bedarf sollte eine Schachtvergrößerung in Betracht gezogen werden
  • Installation eines Schachtlasers zur Kontrolle des Schachtfüllstands und der Optimierung des Beschickungszeitpunkts
  • Abwechselndes Chargieren von Block und Kreislaufmaterial
  • Installation Schachtabdeckung
  • Regelung des Ofendrucks
  • Auswertung der Betriebsdaten
  • Schulung des Personals

Generell ist ein kontinuierlicher Schmelzbetrieb eine gute Voraussetzung für einen geringen Energieverbrauch. Unterbrechungen führen zu einem Verlust von Wärmeenergie. Bei Unterbrechung des Brennerbetriebs erstarrt das angeschmolzene Metall wieder; dem Metall muss bei Wiederaufnahme der Produktion erneut die Schmelzenergie zum Übergang in den flüssigen Zustand zugeführt werden. Dieser doppelte Schmelzvorgang verursacht auch eine verstärkte Oxidation an der Metalloberfläche und wirkt sich negativ auf die Metallqualität aus.

Eine optimale Ofenauslastung ist aufgrund von Schwankungen der Abnahmemengen durch den Gießereibetrieb nicht immer zu erzielen. Bei geringer Ofenauslastung sollte daher eine Vorhaltemenge des Ofenbades genutzt werden. Diesem kann dann das benötigte Flüssigmetall entnommen werden, während der Schmelzbetrieb unterbrochen wird; der Ofen arbeitet im Warmhaltebetrieb und Wärme¬verluste können durch Schließen der Schacht¬abdeckung minimiert werden. Ist das Bad zu ca. 50 % geleert, wird eine neue Schmelzreise begonnen, die dann - je nach Badgröße - mehrere Stunden anhält. An diesem Beispiel können zwei grundsätzliche Aspekte dargelegt werden: zum einen die Bedeutung einer korrekten Dimensionierung des Ofens mit Einstellung eines korrekten Verhältnisses von Schmelzleistung zu Badinhalt, zum anderen die Bedeutung der Schulung des Betriebspersonals. Durch die Art des Chargierens und den Ablauf des Schmelzbetriebs beeinflusst der Bediener vor Ort ganz wesentlich den Energieverbrauch eines Ofens. Dieser Sachverhalt stellt einen gewichtigen Aspekt eines betrieblichen Ressourcen¬managements dar.

Die Materialvorwärmung ist ein weiterer maßgeblicher Faktor der Energieausnutzung. Die in der Literatur aufgeführte Bandbreite der Energieverbräuche von Ofentypen, die unter dem Sammelbegriff „Schachtschmelzöfen“ zusammengefasst sind, entstammt ganz wesentlich der Schachtgeometrie und des damit einhergehenden Anteils der Materialvorwärmung im Schacht. Ein effektiver Schachtschmelzofen besitzt daher einen „kalten“ Aufgabebereich, in den das Gut eingefahren wird, den „warmen“ Schacht für die Vorwärmung und eine Schmelzzone, in der konstruktiv eine hohe Energiedichte realisiert wird. Für eine hohe Wärmeausnutzung ist generell eine gleichmäßige und hohe Schachtfüllung mit einem geringen Lückengrad essentiell wichtig.

Um den Schmelzfortschritt zu erfassen und den Schacht immer bestmöglich gefüllt zu halten, kann der Schachtquerschnitt unterhalb der Beschickung mit einem Laserstrahl abgetastet werden. Signalisiert der Sensor, dass der Schacht für den nächsten Chargiervorgang frei ist, so startet die Ofensteuerung automatisch den Beschickungsvorgang. Diese Laserüberwachung detektiert also unmittelbar den Füllstand im Schacht und ermöglicht ein Beschicken zum frühest möglichen Zeitpunkt, unabhängig von der Form, Größe und Schüttdichte des Einsatzgutes. Damit wird das Schachtprinzip optimal ausgenutzt und der energetische Wirkungsgrad gestaltet sich daher deutlich besser als er bei indirekten Verfahren, beispielsweise via Ofentemperaturen-Messung oder gar via Zeitsteuerung, möglich ist.

Häufig wird die Oberflächentemperatur von Öfen als Maß für Abstrahlverluste des Ofens heran¬gezogen. Dieser Ansatz vernachlässigt aber die Türverluste und die Chargierverluste, die es ebenfalls zu berücksichtigen gilt. All diese Verluste fließen in den ofen¬technischen Wirkungsgrad ein. Durch mangelhaft schließende Türen entweicht über Konvektion eine hohe Wärmemenge. Müssen zum Chargieren die Türen im Bereich des heißen Schmelzraums geöffnet werden, so bedingt jedes Chargieren enorme Wärmeabstrahlung in die Ofenhalle. Schmelzöfen hingegen, bei denen das Metall von oben in den kalten Bereich des Schachts eingebracht wird, haben quasi keine Chargierverluste. Letztlich stellt nur der Gesamtwirkungsgrad des Ofens, der sich aus der Multiplikation von feuerungstechnischem und ofentechnischem Wirkungsgrad ergibt, das Maß für die Energiegüte des Ofens dar.

Gute Schachtschmelzöfen erreichen hier Wirkungsgrade von über 50 %.

Weiterführende Stichworte:
Metallausbeute

Literatur:
Bayerisches Landesamt für Umweltschutz (Hrsg.): Effiziente Energienutzung in Nicht-Eisen-Metall-Schmelzbetrieben, Augsburg 2005

Zurück zur Übersicht