Research Directory of the Brandenburg University of Applied Sciences

Fachhochschule Brandenburg
Brandenburg University of Applied Sciences
Untersuchungen zur Reduzierung von Abbrand und Schlackebildung sowie verbessertem
Recycling von Schlacke und Bohnen bei der Verarbeitung von Zinkdruckgusslegierungen
Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Verfahrens
zur Reduzierung von Abbrand bzw. zur Verminderung
der Schlacke- und Oxidbildung beim Aufschmelzen
von Zinkdruckgusslegierungen sowie die
verbesserte Rückgewinnung des Metalls aus der
Schlacke, Bohnen und Kreislaufmaterial mit dem Ziel
der Materialeinsparung und Kostensenkung.
Der Zwang zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und der
drastische Kostendruck erfordern es, den Aufwand für
die Herstellung von Bauteilen zu minimieren und führt
zur Ablösung langfristig bewährter Materialien durch
z.B. verbesserte Legierungen und Metallschäume. Bedingt
durch die permanente Verteuerung der wichtigsten
Nichteisenmetalle (NE-Metalle) wird es für die Unternehmen
immer interessanter, Ressourcen schonend
zu produzieren und Verluste deutlich zu minimieren.
Die Verarbeitung von Zinkdruckgusslegierungen (Legierungsbestandteile
ZAMAK: Zink, Aluminium, Magnesium
und Kupfer) führt zum Anfall spezifisch großer
Mengen an Angussmaterial, das im Kreislauf geführt
wird. Das Rückschmelzen dieses Materials sowie die
durch das Warmkammergießverfahren bedingte
Schmelzeumwälzung in den Öfen der Gießmaschinen
sind Prozesse, die zum Anfall großer Mengen an Ofenkrätze
führen.
Es wurde ein Versuchsstand konzipiert und gebaut, der
über den Labormaßstab hinausging und sich an den
Industrieschmelzöfen orientierte. Hauptparameter der
Rückschmelzuntersuchungen mit Ofenkrätzen waren
die Behandlungsdauer der geschmolzenen Ofenkrätze
bei Behandlungstemperatur sowie bei Nutzung von
Reinigungssalz dessen Konzentration. Die Behandlungstemperatur
wurde auf einheitlich 440 °C festgelegt,
um zu verhindern, dass sich Eisen aus dem Tiegelbaustoff
in der Schmelze löst. Das Verhältnis vorgelegter
Schmelze zu aufzuschmelzender Ofenkrätze
betrug ca. 2:1.
Am Ende jedes Versuches wurde Krätze gezogen und
nach Abzug dieser Masse von der eingesetzten Ofenkrätze
die Rückschmelzemenge bestimmt. Das Verhältnis
der Rückschmelzemenge zur Menge eingesetzter
Ofenkrätze wurde in Beziehung zur Behandlungszeit
gesetzt und mit Ausnahme der Langzeitversuche
grafisch aufgetragen.
Projektleitung – Project Management:
Dr. rer. nat. Christina Niehus
Wiss. Mitarbeiter/innen – Scientific Staff:
Dipl.-Ing. Andreas Niemann, Dipl.-Ing. (FH) Volker Gniosdorz
Laufzeit – Term: 04/2008 bis 12/2009
Projektträgerschaft und Federführung – Sponsorship and
Lead Investition: FH Brandenburg
Finanzierung – Financing:
Quelle: MWFK, Forschungs- und Innovationsförderung zur Steigerung
der Innovationskraft an Brandenburger Hochschulen
Partner/Kooperationen – Partner/Cooperations:
Havelländische Zink-Druckguss GmbH & Co KG Premnitz
Weitere chemische Untersuchungen erfolgten am Funkenspektrometer
der FHB. Der stoffliche Vergleich mit
Salz behandelter Schmelzen zur Norm zeigte durchweg
zu niedrige Gehalte an Magnesium, das für die Kompensation
unerwünschter Begleitmetalle, wie Blei,
Zinn und Cadmium, bedeutend ist. Weiterführende
Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen
in Kombination mit energiedissipativer Röntgenspektroskopie
liefern eindeutige Hinweise auf gleichmäßig
verteilte salzartige Einschlüsse unterschiedlicher Zusammensetzung
in der salzbehandelten Schmelze.
Beim Salzeinsatz war ein stechender Geruch vernehmbar.
Eine Gasanalyse in unmittelbarer Nähe des
Schmelztiegels mittels Schnelltests mit Farbindikatoren
der Fa. Dräger zeigte saure Gase, speziell Chlorund
Fluorwasserstoff an. Korrosionswirkungen durch
das Salz waren nach den Versuchsreihen am Tiegel
trotz hoch korrosionsfesten Tiegelwerkstoffes in Form
abblätternder Oberflächenschichten sichtbar.
Die erfolgreiche Übertragbarkeit der am Versuchsstand
ermittelten Ergebnisse auf den industriellen Maßstab
wurde mit Versuchsreihen im Industrieschmelzofen
überprüft. Hier konnte jedoch nicht mit Reinigungssalz
gearbeitet werden, weil dessen Verschleppung in weitere
Bereiche des Gießereiprozesses nicht ausgeschlossen
werden konnte.
Die Untersuchungen zum Zinkrecycling haben gezeigt,
dass sich mit dem Verfahren kurzfristig nachsorgende
Maßnahmen realisieren lassen. Hier kommt das betriebsbegleitende
Rückschmelzen der metallhaltigen
Ofenkrätze in Betracht. Ohne Einsatz von Reinigungssalz
lässt sich im Industrieofen eine Rückschmelzrate
von 45 - 50 % erreichen. Durch Einsatz von Reinigungssalzen,
z.B. ZINCREX EP7119, lässt sich die Rück-
110 Forschungsbericht Research Report 2007 – 2010