ANlAGENTECHNOlOGIE Leichtmetall - Otto Junker GmbH

ANlAGENTECHNOlOGIE Eisen & Stahl
Numerische Simulation im Einsatz zur Vermeidung von
Metallauswurf bei Tiegelöfen
Beim Schmelzen von Gusseisen werden bei leistungsstarken
Mittelfrequenzöfen (ca. 1.000 kW/t Fassungsvermögen)
in der Überhitzungsphase gelegentlich Metallspritzer
an der Badoberfläche beobachtet. Es wird festgestellt, dass
dieses Phänomen vorzugsweise bei vollem Ofen, das heißt
bei einem Badstand deutlich oberhalb der Oberkante der
Stromspule des Ofens auftritt. Eine Ursache für die Spritzerbildung
ist die von der Temperatur und dem Kohlenstoffund
Siliziumgehalt der Schmelze abhängige Kochreaktion:
C + O � {CO}
2C + (SiO 2 ) � Si + 2{CO}
Diese CO-Gasbildung verläuft, insbesondere beim Schmelzen
von dünnwandigem und verrostetem Einsatzmaterial und somit
hoher Sauerstoffbelastung der Schmelze, bei Erreichen der
Kochtemperatur teilweise sehr heftig ab.
Um die exakten Zusammenhänge zu kennen und entgegenwir-
ken zu können, wurde der Energie-, Wärme- und Stofftransport
im Mittelfrequenzofen mittels gekoppelter numerischer Strömungs-
und Temperaturfeldberechnung genauer untersucht.
Es zeigte sich, dass hohe Strömungsgeschwindigkeiten im oberen
Tiegelbereich und eine ausgeprägte Badkuppe das Auftreten
von Metallspritzern verhindern.
Es ist davon auszugehen, dass im Normalfall die gebildeten CO-
Blasen durch die starke Badströmung mitgerissen und schließlich
an der ausgeprägten Badkuppe in die Atmosphäre entweichen.
Die Schmelze entgast permanent ohne Störungen durch
Metallspritzer. Kann die Schmelze dagegen nicht permanent
entgasen, so kommt es zur Bildung größerer Gasblasen, die
schließlich soviel Auftrieb entwickeln, um schlagartig an die Badoberfläche
aufzusteigen und diese dann mit der Bildung von
Metallspritzern zu durchstoßen. Die durchgeführten Tests und
Beobachtungen an Tiegelofenanlagen in mehreren Gießereien
bestätigten die Richtigkeit dieser Aussagen.
Mit dieser Untersuchung war die Grundlage geschaffen, um die
Konstruktion und Fahrweise der Tiegelöfen so zu gestalten,
dass der Metallauswurf bei stark sauerstoffbeladenen Schmelzen
vermindert wird.
Bei der Neuplanung von Anlagen werden Ofenleistung, Betriebsfrequenz
und Ofenkonstruktion hinsichtlich der Spulenanordnung
diesbezüglich optimal gewählt. Ferner besteht die Möglichkeit,
durch Einsatz einer Frequenzumschaltung (Multifrequenz-
Technologie) den Ofen in der Überhitzungsphase mit niedrigerer
Frequenz zu betreiben, was zu einer Verstärkung der Badkuppe
bzw. der Oberflächenströmung führt und so das Auftreten von
Spritzern verhindert.
Tiegelofen mit ausgeprägter Badkuppe und hoher Strömungs-
geschwindigkeit (links: Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit
in m/s, rechts: Berechnung Temperaturfeld in °C)
In ähnlicher Weise stellt sich die Problematik beim Einsatz von
verzinktem Stahlschrott und der damit verbundenen Bildung von
Zinkdampfblasen in der Schmelze dar. Auch hier hilft eine „maßgeschneiderte“
Badbewegung, die Gasentwicklung zu beherrschen.
Wilfried Schmitz (+49 2473 601 441)
Aktuelles
Weitere Rinnenofenanlage für italienische Gießerei
Die renommierte Gießerei Fonderia Corrà in Thiene
erteilte OTTO JUNKER den Auftrag zur Lieferung einer
85-t-Rinnenofenanlage für den Einsatz im vorhandenen
Kupolofenschmelzbetrieb. Über ein Rinnensystem wird
das flüssige Eisen von dem Kupolofen kontinuierlich in
den Speicherofen überführt.
Der Rinnenofen mit einem Gesamtfassungsvermögen
von ca. 100 Tonnen wird von einer 1.000 kW IGBT-Umrichteranlage
mit Leistung versorgt. Damit kann in einer
Stunde eine Menge von 21,2 t flüssigem Eisen um 100 K
überhitzt werden. Der Schmelzprozessors JOKS in Verbindung
mit einer genauen Gewichtserfassung sorgen
für eine exakte Temperatur- und Prozessführung.
Zurzeit wird intensiv an der Fertigung der Anlage gearbeitet;
die Lieferung ist für Juli diesen Jahres vorgesehen.
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