energieffektiv smältning och skänkförvärmning - Energimyndigheten
energieffektiv smältning och skänkförvärmning - Energimyndigheten
energieffektiv smältning och skänkförvärmning - Energimyndigheten
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
080114<br />
ENERGIEFFEKTIV SMÄLTNING OCH<br />
SKÄNKFÖRVÄRMNING<br />
Ingela Gustafsson<br />
Patrik Johansson<br />
Jon Nilsson<br />
Patrik Sundberg<br />
Svenska Gjuteriföreningen<br />
Box 2033, 550 02 Jönköping<br />
Telefon 036 - 30 12 00<br />
Telefax 036 - 16 68 66<br />
info@gjuteriforeningen.se<br />
http://www.gjuteriforeningen.se
©2008, SweCast AB
SweCast AB<br />
INNEHÅLLSFÖRTECKNING<br />
Sida<br />
TILLKOMST 1<br />
SAMMANFATTNING 2<br />
1 BAKGRUND 3<br />
2 METOD OCH GENOMFÖRANDE 3<br />
2.1 Smältförsök 3<br />
2.2 Skänkförsök 7<br />
3 RESULTAT 12<br />
3.1 Smältförsök 12<br />
3.2 Skänkförsök 15<br />
4 MÅLUPPFYLLELSE OCH ENERGIRELEVANS 19<br />
4.1 Resultat av genomförda försök 19<br />
4.2 Energirelevans <strong>och</strong> lönsamhetsbedömning 19<br />
5 DISKUSSION 23<br />
6 REFERENSER 34
SweCast AB 1<br />
TILLKOMST<br />
Föreliggande rapport utgör slutrapport i projektet ”Energieffektiv<br />
<strong>smältning</strong> <strong>och</strong> <strong>skänkförvärmning</strong>”. Projektet är en av tre studier inom<br />
delprojekt 3 inom projektpaketet ”Energitekniskt forskningsprogram för<br />
gjuteri- <strong>och</strong> verkstadsindustrin. Projektet finansieras av STEM.<br />
Delprojekt 3 har följande övergripande mål:<br />
Sänkt energiförbrukning med i genomsnitt 15% <strong>och</strong> på enstaka<br />
områden 20% vid gjuterier <strong>och</strong> i förekommande fall kunder<br />
genom effektivare energiutnyttjande inom områdena<br />
värmebehandling, <strong>skänkförvärmning</strong> <strong>och</strong> <strong>smältning</strong>.<br />
Målet mäts genom dokumentation av energiförbrukning före <strong>och</strong><br />
efter genomförda aktiviteter/åtgärder.<br />
Oförändrad eller förbättrad kvalitet <strong>och</strong> förbättrade mekaniska<br />
egenskaper på levererat gjutgods med säkrare leveranser <strong>och</strong><br />
förkortade leveranstider.<br />
Målet mäts genom dokumentation av mekaniska egenskaper <strong>och</strong><br />
mikrostruktur före <strong>och</strong> efter genomförd aktivitet/åtgärd.<br />
Framtagning av utbildningsmaterial med handböcker inom<br />
<strong>smältning</strong>, <strong>skänkförvärmning</strong> <strong>och</strong> värmebehandling.<br />
Projektet drivs i samarbete mellan gjuterier, leverantörsföretag till<br />
gjuteriindustrin <strong>och</strong> SweCast AB. SweCast är projektledare <strong>och</strong> Nicklas<br />
Sundberg, Åkers Sweden AB är ordförande.<br />
Följande företag har medverkat i projektet.<br />
AB Holsbyverken Norrlandsgjuteriet AB<br />
AGA Gas AB Roslagsgjuteriet AB<br />
Arvika Gjuteri Sarlin Furnaces AB<br />
Daros Piston Rings AB Scania CV AB<br />
Foseco AB SKF Mekan AB<br />
G & L Beijer Industri AB Volvo Powertrain<br />
Kanthal AB Åkers Sweden AB<br />
Karlebo Gjuteriteknik AB Älmhults Gjuteri AB<br />
Lafarge Svenska Höganäs AB
SweCast AB 2<br />
SAMMANFATTNING<br />
I föreliggande rapport redovisas resultatet av försök genomförda<br />
avseende <strong>energieffektiv</strong> <strong>smältning</strong> <strong>och</strong> <strong>skänkförvärmning</strong>. Vid<br />
genomförande av smältförsök har parametrar som bedömts kunna<br />
påverka energiförbrukningen testas en i taget. Förutsättningarna i övrig<br />
har varit så likartade som möjligt. Vid försök avseende<br />
<strong>skänkförvärmning</strong> har olika förvärmningsutrustningar testats <strong>och</strong><br />
jämförts. Försöken har även omfattat byte av infodringsmassa.<br />
Resultaten av försöken visar på stora besparingsmöjligheter inom både<br />
<strong>smältning</strong> <strong>och</strong> <strong>skänkförvärmning</strong>. För <strong>smältning</strong>en varierar<br />
förutsättningarna kraftigt mellan olika gjuterier. Varje gjuteri<br />
rekommenderas därför själva pröva sig fram till vilket smältförfarande<br />
som är <strong>energieffektiv</strong>ast för dem. När det gäller <strong>skänkförvärmning</strong> kan<br />
betydande besparingar nås genom investering i modern<br />
förvärmningsutrustning eller ersättning av infodringsmaterialet.
SweCast AB 3<br />
1 BAKGRUND<br />
Smält- <strong>och</strong> förvärmningsprocesser utgör energiintensiva processteg vid<br />
tillverkning av gjutgods. I tidigare genomförda energiforskningsprogram<br />
har förstudier genomförts som visar på möjligheter att spara betydande<br />
mängder energi genom olika åtgärder.<br />
Inom ramen för förstudierna har försök genomförts som visar att en<br />
energibesparing på minst 10-15 % kan uppnås genom olika åtgärder i<br />
smältprocessen. Försök inom <strong>skänkförvärmning</strong> har utförts i begränsad<br />
omfattning, men gett lovande resultat.<br />
De nu genomförda försöken är en fortsättning av de inledande studier<br />
som genomförts i förstudierna. Ett flertal gjuterier har involverats i<br />
arbetet <strong>och</strong> deltagit med genomförande av försök.<br />
2 METOD OCH GENOMFÖRANDE<br />
2.1 Smältförsök<br />
Chargeordning/packningsgrad<br />
Ett antal försök definierades avseende energibesparing vid <strong>smältning</strong> <strong>och</strong><br />
<strong>skänkförvärmning</strong>. Utifrån gjuteriernas olika förutsättningar <strong>och</strong> interna<br />
utvecklingsarbete fördelades försöken därefter mellan medverkande<br />
gjuterier. Definierade försök redovisas nedan.<br />
Syfte: Utvärdera hur chargeordning/packningsgrad påverkar<br />
energiförbrukningen för <strong>smältning</strong>.<br />
Chargeordning <strong>och</strong> packningsgrad är nära kopplade till varandra. Genom<br />
att använda en bra chargeordning kan så god packningsgrad som möjligt<br />
utifrån tillgängligt material erhållas i ugnen. I försöken har<br />
chargeordning <strong>och</strong> packningsgrad varierats. I övrigt har försöken<br />
genomförts med så likartade förhållanden som möjligt.<br />
Materialet till försöken har utgjorts av de råvaror som respektive gjuteri<br />
normalt använder i smältverket. Chargeordningen <strong>och</strong> därmed<br />
packningsgraden har varierats.<br />
Nedan ges några exempel på packningsgrad som använts vid försöken.<br />
Ordningen är densamma som chargeringsordningen i försöken.<br />
Bra packningsgrad:<br />
75 % tackor, 25 % plåtpaket.<br />
Ganska bra packningsgrad:
SweCast AB 4<br />
Effektstyrning/ugnskörning<br />
Användning av lock<br />
70 % återgång ej spretig, 30 % plåtpaket<br />
Dålig packningsgrad:<br />
65 % återgång, spretig, 35 % plåtpaket<br />
Vid försöken genomfördes även smältor med sump, d.v.s. en mindre<br />
mängd smälta lämnades kvar i ugnen till nästa <strong>smältning</strong>.<br />
Syfte: Utvärdera hur effekttillförseln påverkar energiförbrukningen.<br />
Vid genomförda försök har tillförd effekt minskats till 80 % av maximalt<br />
tillförd effekt under hela smältcykeln. Effektvakters påverkan på<br />
energiförbrukningen har undersökts genom att smältor med många (cirka<br />
10) nedstyrningar har jämförts med smältor utan eller endast enstaka<br />
nedstyrningar.<br />
Många nya ugnar är utrustade med styrsystem som beräknar den<br />
optimala effekttillförseln utifrån chargerat material. Jämförande försök<br />
mellan styrd effekttillförsel <strong>och</strong> ej styrd effekttillförsel var planerade<br />
med kunde av olika anledningar inte slutföras.<br />
Syfte: Utvärdera hur energiförbrukningen påverkas av om ugnen är<br />
försedd med tätslutande lock.<br />
Vid en av försöksserierna användes en keramisk duk som lock (Isofrax,<br />
Thermal Insulation), se figur 1. Duken användes under hela smältcykeln<br />
<strong>och</strong> lyftes endast undan vid chargering.<br />
Figur 1 Keramisk du används som lock under försök<br />
Ytterligare försöksserier genomfördes med andra typer av lock. Vid<br />
dessa serier var dock störningarna av sådan omfattning att tillförlitliga<br />
resultat ej erhållits.
SweCast AB 5<br />
Förvärmning av skrot<br />
Ytrenhet<br />
Produktionsplanering<br />
Syfte: Utvärdera hur förvärmning av råvaran påverkar<br />
energiförbrukningen vid <strong>smältning</strong>.<br />
Försök med förvärmning av gods har inte kunnat genomföras inom<br />
ramen för föreliggande projekt.<br />
Syfte: Utvärdera hur energiförbrukningen påverkas av<br />
chargeringsmaterialets ytrenhet.<br />
Vid genomförda försök har energiförbrukning vid <strong>smältning</strong> av blästrat<br />
gods (tackjärn) jämförts med rostigt gods (som tackjärnet är vid<br />
leverans) se figur 2.<br />
Figur 2 Rostig respektive blästrad tacka<br />
Försök avsågs även genomföras med sandigt gods eftersom sand ofta<br />
bränner fast i ytskiktet på godset. Försök med sandigt gods påbörjades<br />
men kunde inte slutföras på grund av att produktionen av försöksgodset<br />
upphörde. Se figur 3 för exempel på sandig återgång.<br />
Figur 3 Sandig återgång<br />
Syfte: Utvärdera energiförbrukningen för att kompensera för bristande<br />
planering i gjuteri <strong>och</strong> formning/avgjutning. Parametrar som bör
SweCast AB 6<br />
Personalens påverkan<br />
Förutsättningar för smältförsöken<br />
utvärderas är energiförbrukningen för att övertemperera smältan <strong>och</strong><br />
energiåtgången vid varmhållning.<br />
Bristande planering leder till att <strong>smältning</strong>en startas tidigare än vad som<br />
behövs <strong>och</strong> sedan måste varmhållas i väntan på leverans.<br />
Varmhållningstiden har dels loggats på enstaka gjuterier <strong>och</strong> uppskattats<br />
på övriga gjuterier. Uppskattad varmhållningstid har även erhållits från<br />
ett flertal gjuterier som inte deltagit i projektet.<br />
Syfte: Att tydliggöra hur mycket personalens agerande påverkar<br />
energiförbrukningen.<br />
På många gjuterier är två eller fler medarbetare involverade i varje<br />
smälta. Andra gjuterier anser att det är känsligt att mäta<br />
energiförbrukningen per person. Försöken har därför inriktats på att<br />
jämföra variationen mellan smältor istället för mellan operatörer.<br />
Smältförsöken på respektive gjuteri har genomförts med så likartade<br />
förutsättningar som möjligt. Likartade förutsättningar har bland annat<br />
eftersträvats avseende chargeordning, chargering på likartat sätt, att<br />
tillsatsämnen chargeras vid samma tidpunkt, likartad råvara, att samma<br />
ugn används, infodringens ålder, varm eller kall ugn, ingen eller samma<br />
mängd sump, samt att försöken avslutats vid samma temperatur.<br />
Elförbrukning har loggats eller lästs av manuellt på de befintliga<br />
utrustningar som funnits på respektive gjuteri. Försöken har genomförts i<br />
både låg- medel- <strong>och</strong> högfrekvensugnar. Lågfrekvensugnarna har haft en<br />
degelstorlek av 6-12 ton, frekvensen har varierat mellan 50-250 Hz <strong>och</strong><br />
effekten från 2500-4800 kW. Medelfrekvensugnarna har haft en<br />
degelstorlek av 1-10 ton, frekvensen har varierat mellan 195-600 Hz <strong>och</strong><br />
effekten från 600-5800 kW. Högfrekvensugnarna har haft en<br />
degelstorlek av 1-4 ton, frekvensen har varierat mellan 1000-1100 Hz<br />
<strong>och</strong> effekten från 400-600 kW. Eftersom förutsättningarna varierar från<br />
gjuteri till gjuteri har samtliga försök anpassats efter de förutsättningar<br />
som gällt på respektive gjuteri.<br />
På grund av svårigheten att erhålla en stor mängd jämförbara resultat<br />
utan störningar från gjuterierna genomfördes även försök på<br />
Skandinaviska Gjuteriskolan som är SweCasts försöks- <strong>och</strong><br />
utbildningsgjuteri. Vid försöken på Gjuteriskolan användes en ugn av<br />
märket Taylormade med degelstorleken 250 kg, frekvens 900 Hz.<br />
Det gjutgods som producerats vid försöken har i de flesta fall genomgått<br />
samma kvalitetskontroll som övrigt gjutgods på respektive gjuter.
SweCast AB 7<br />
2.2 Skänkförsök<br />
Utvärdering av olika förvärmningstekniker<br />
Syfte: Utvärdera energiförbrukningen <strong>och</strong> tidsåtgång vid förvärmning av<br />
skänkar med teknikerna el, luft-gasol <strong>och</strong> oxy-fuel <strong>och</strong> jämför dem med<br />
konventionell förvärmningsutrustning (bunsenbrännare). Styrning av<br />
förvärmningstiden bör också studeras.<br />
Vid försöken har förvärmningsteknikerna el, luft-gasol <strong>och</strong> oxy-fuel<br />
jämförts med konventionell förvärmningsteknik, så kallad<br />
bunsenbrännare. Försöken har genomförts i samarbete med G & L Beijer<br />
Industri AB (el-utrustning), Sarlin Furnaces AB (luft-gasol) <strong>och</strong> AGA<br />
Gas AB (oxy-fuel) som också ställt varsin utrustning till förfogande för<br />
försöken.<br />
Med konventionella brännare sker förvärmningen med en gasol utan<br />
eller med mycket begränsade möjligheter till styrning av effekten. Syre<br />
hämtas från omgivande luft utan aktiv tillförsel.<br />
Elektrisk förvärmning innebär att strålningsvärme förs över till skänken<br />
via ett antal värmeelement. Värmeelementen placeras vanligen i locket<br />
<strong>och</strong> sänks ned i skänken.<br />
Vid förvärmning med luft-gasol sker en aktiv tillförsel av luft till<br />
tillsammans med gasolen. Luften kan hämtas från lokalen där<br />
utrustningen är placerad <strong>och</strong> tillförs brännaren med hjälp av en fläkt eller<br />
via tryckluftssystemet.<br />
Oxy-fuel tekniken innebär att syrgas tillförs aktivt <strong>och</strong> blandas med<br />
gasol i skänken. Både el, luft-gasol <strong>och</strong> oxy-fuel medger möjlighet att<br />
styra effekttillförseln under förvärmningen.<br />
Förvärmning har skett till 600º C, anledningen till att försöken<br />
avslutades vid denna temperatur är att den elektriska utrustningen inte<br />
klarade att generera en högre temperatur i skänken.<br />
Temperaturen i skänken har loggats varannan minut under hela<br />
uppvärmningsfasen med hjälp av två termoelement. Det ena<br />
termoelementet har placerats i ytan på infodringen <strong>och</strong> det andra 20<br />
m.m. in i infodringen. Termoelementen har placerats i skänkens sida för<br />
att ge en så rättvisande bild av temperaturen som möjligt.<br />
Förbränningslågan bedöms nå olika djupt i skänken beroende på effekt<br />
<strong>och</strong> förvärmningsteknik. Ett tredje termoelement har placerats intill de<br />
övriga, 40 mm in i infodringen <strong>och</strong> avlästes efter avslutad förvärmning.<br />
Om termoelementen placerats i botten av skänken är risken stor för<br />
missvisande resultat, se figur 4 nedan.
SweCast AB 8<br />
Figur 4 Placering av termoelement i skänk<br />
Samtliga försök har genomförts på en gjutskänk på 1000 kg som är<br />
specialanpassad till gjutmaskinen. I figur 5 nedan visas skänken i<br />
genomskärning.<br />
Figur 5 Försöksskänk i genomskärning<br />
Skänkens form påverkar givetvis värmespridningen vid förvärmning. Att<br />
försöksskänken har en ovanlig form bedöms dock inte påverka resultatet<br />
av försöken eftersom förutsättningarna varit desamma med alla<br />
förvärmningsutrustningar.<br />
Nya förvärmningsutrustningar byggs med brännarenheten integrerad i<br />
locket. Den konventionella utrustning som använts i försöket har varit<br />
försedd med en plåt som skydd mot strålningsvärmen. Plåten fyller dock<br />
inte samma funktion som ett lock.
SweCast AB 9<br />
Vid försök genomförda med konventionell utrustning uppgick tillförd<br />
effekt till 100 kW. Försök med elektrisk förvärmning genomfördes med<br />
en tillförd effekt av 24 kW. Försök med luft-gasol genomfördes med en<br />
tillförd effekt av 100 respektive 150 kW. Försöken med oxy-fuel<br />
genomfördes med en tillförd effekt av 50 respektive 100 kW. I figur 6<br />
nedan visas försöksutrustningarna.<br />
Figur 6 Förvärmningsutrustningar i försöken<br />
Konventionell utrustning Elektrisk förvärmning<br />
Luft-gasol utrustning
SweCast AB 10<br />
Oxy-fuel utrustning<br />
Utvärdering av olika tekniker för torkning<br />
Förvärmning med upp- <strong>och</strong> nedvänd skänk<br />
För att kontrollera stökiometrin gjordes stickprovskontroller av<br />
syrehalten i utgående luft vid försöken med oxy-fuel. Proverna gjordes<br />
två gånger under varje försök. Beroende på luftens sammansättning, de<br />
höga temperaturerna m.m. kan NOx bildas i större eller mindre<br />
omfattning. På grund av detta har även NOx-halten analyserats under<br />
försöken med konventionell förvärmning, oxy-fuel <strong>och</strong> luft-gasol.<br />
Information har även inhämtats från Kanthal AB som tillverkar<br />
superelement för elektrisk förvärmning. Försök har dock inte genomförts<br />
med deras element.<br />
Syfte: Utvärdera energiförbrukningen vid torkning av skänk med<br />
elektrisk utrustning.<br />
Loggning av energiförbrukning <strong>och</strong> temperaturstegring har genomförts<br />
med konventionell brännare. Dessa resultat har dock inte kunnat<br />
jämföras med försök med annan torkutrustning. Övriga resultat bygger<br />
på erfarenheter från gjuterier som installerat utrustning som kan styras<br />
med avseende på tillförd effekt. Erfarenheter finns från torkning med el,<br />
luft-gasol <strong>och</strong> oxy-fuelteknik.<br />
Syfte: Utvärdera skillnaden i energiförbrukning mellan förvärmning i<br />
rättvänd respektivte upp- <strong>och</strong> nedvänd skänk.<br />
Säkerhetsaspekten vid förvärmning med upp- <strong>och</strong> nedvänd skänk är<br />
viktig eftersom det medför en risk för att lågan kan slockna. Nya<br />
förvärmningsutrustningar byggs med lock. Det är därför inte längre av<br />
lika stort intresse att förvärma skänkar upp- <strong>och</strong> ned. Försöken har därför<br />
inte genomförts.
SweCast AB 11<br />
Lock vid förvärmning<br />
Byte av infodringsmaterial i skänk<br />
Optimal förvärmningstemperatur i skänk<br />
Syfte: Utvärdera lockets betydelse vid varmhållning av skänk.<br />
Eftersom nya förvärmningsutrustningar byggs integrerade med ett lock<br />
har det inte varit av intresse att studera lockets betydelse specifikt.<br />
Försöken har därför inte genomförts.<br />
Syfte: Utvärdera skillnaden mellan olika infodringars betydelse för<br />
temperaturförlusten i skänken.<br />
Ett helhetsgrepp har tagits gällande temperaturförlust från tappning ur<br />
ugn tills avgjutningen är avslutad. Försök omfattande infodringens<br />
betydelse för temperaturförlusten i skänken har utgjort en del av<br />
helhetsgreppet. Hela försöket har utgjorts av följande delar:<br />
Ersättning av avgjutsskänk (gjutbola) med en ny skänk som används för<br />
avgjutning.<br />
Den nya skänken har försetts med lock.<br />
Förutsättningar för förvärmnings/torkningsförsöken<br />
Byte av infodringsmassa har skett från lågcement (Phlox 1560)<br />
respektive Plastic 1082P från Beijer till Kaltek 16-18S från Foseco.<br />
Temperaturförlusten jämfördes därefter mellan de två skänkalternativen.<br />
Temperaturen mättes vid tappning från ugn, efter transport till<br />
avgjutningsplats <strong>och</strong> slaggning ur skänk, samt efter avslutad avgjutning.<br />
Syfte: utvärdera vilken den optimala förvärmningstemperaturen är.<br />
Förvärmning görs på de flesta gjuterier inte till någon bestämd<br />
temperatur. I de fall det görs till en bestämd temperatur är det inte<br />
klargjort om detta är den optimala temperaturen att förvärma till.<br />
Den omedelbara temperaturförlusten vid tappning från ugn till skänk har<br />
jämförts mellan nyanvänd skänk <strong>och</strong> skänk förvärmd till 800 grader C.<br />
Nyanvänd skänk innebär att den nyligen varit fylld med smälta <strong>och</strong><br />
därigenom har värmts upp. Temperaturen har mätts med ett<br />
termoelement placerat i utgående luftström från skänken, vilken med<br />
tillräcklig noggrannhet bedömts motsvara temperaturen i skänken.<br />
Ytterligare undersökningar har inte genomförts inom ramen för dessa<br />
försök.<br />
Samtliga försök är genomförda utifrån de förutsättningar som råder på<br />
respektive gjuteri. Skillnader utgörs bland annat av skänken utformning,
SweCast AB 12<br />
3 RESULTAT<br />
3.1 Smältning<br />
storlek, infodringsmaterial, transportsträcka från ugn till avgjutning,<br />
rengöring <strong>och</strong> underhåll av skänkar <strong>och</strong> tillvägagångssätt vid torkning av<br />
nyinfodrad skänk.<br />
För mätning av gasolförbrukningen har två gasflödesmätare 008GD<br />
LRM SF 3 inkl. signalomvandlare GVPA 303 köpts in <strong>och</strong> använts vid<br />
gjuterierna. Leverantör av utrustningen är Fluid Inventor AB.<br />
Av genomförda smältförsök framgår att potential att spara energi finns<br />
inom ett flertal områden. I tabell 1 nedan sammanfattas resultaten av<br />
smältförsöken.<br />
Tabell 1 Resultat av genomförda smältförsök<br />
Försök Resultat (energibesparing i<br />
procent)<br />
Chargeordning/packningsgrad 3-15<br />
Effektstyrning/ugnskörning 1-3,5<br />
Ytkvalitet (blästrat gods) 5<br />
Produktionsplanering 1,5-3<br />
Användning av lock 5<br />
En del energibesparande åtgärder kan genomföras genom tekniska<br />
installationer, t.ex. effektstyrningsprogram <strong>och</strong> lock som ofta är<br />
integrerade med ugnen vid nyinstallation. Installation av nya ugnar har<br />
därför en positiv inverkan på energiförbrukningen. En väsentlig del av<br />
energibesparingarna är beroende av personalens inställning <strong>och</strong><br />
arbetssätt. Smältoperatörer påverkar till exempel chargeringsordning <strong>och</strong><br />
packningsgrad i stor utsträckning men även organisationens ledning har<br />
stor möjlighet att påverka energiförbrukningen genom exempelvis val av<br />
råvaror <strong>och</strong> styrning av produktionsplaneringen.<br />
En slutsats av genomfört arbete är att egenkontroll med mätning <strong>och</strong><br />
uppföljning av energiförbrukande processer är mycket viktigt. Flertalet<br />
gjuterier följer inte upp eller har inte möjlighet att följa upp<br />
energiförbrukningen i den omfattning som krävs för att möjliggöra<br />
uppföljning av energibesparande åtgärder. Exempelvis bör<br />
energiförbrukningen följas upp per smälta åtminstone periodvis för att<br />
det skall vara möjligt att följa utvecklingen av smältverkets<br />
energiförbrukning.
SweCast AB 13<br />
Chargeordning <strong>och</strong> packningsgrad<br />
I det följande görs en utförligare redovisning av resultaten från<br />
respektive försök.<br />
Genomförda försök visar på en energibesparing på omkring 3-15 % vid<br />
bra chargeordning <strong>och</strong> packningsgrad jämfört med en sämre<br />
chargeordning <strong>och</strong> packningsgrad. Ju sämre packningsgrad man<br />
använder i normala fall, desto större blir energivinsten vid förbättringar i<br />
chargeordning <strong>och</strong> packningsgrad.<br />
Vid ett gjuteri som i sin ”normalsmälta” har en relativt bra<br />
packningsgrad minskade energiförbrukningen med 3-6 % vid försök<br />
med förbättrad chargeordning <strong>och</strong> packningsgrad.<br />
I en försöksserie jämfördes <strong>smältning</strong> av tackor med <strong>smältning</strong> av spån<br />
varvid energiförbrukningen mer än fördubblades. Dessa variationer är<br />
dock inte normala förfaranden vid gjuterierna. Resultatet har därför inte<br />
använts för några beräkningar av energivinster.<br />
Smältning med sump, men i övrigt samma packningsgrad, gav vid<br />
försöken en energibesparing på 5-6 %. Försöken är gjorda i<br />
medelfrekvensugnar 100-1000 Hz, enligt definition i rapport 021114<br />
”Energieffektiv <strong>smältning</strong> av järn i induktionsugn”, Rickard Källbom,<br />
Svenska Gjuteriföreningen.<br />
Ett vanligt problem som påverkar packningsgraden negativt är att<br />
ingjutssystem ofta är spretiga <strong>och</strong> därför ger dålig packningsgrad i<br />
ugnen. Ett företag som har långa <strong>och</strong> spretiga ingjutskanaler har<br />
utvecklat en ”knäckmaskin” som delar ingjutskanalerna i mindre bitar<br />
(figur 7). Energibesparingen till följd av knäckta ingjutskanaler har inte<br />
kunnat fastställas på grund av att produktionen av denna detalj upphörde<br />
under försökets gång.<br />
Figur 7 Spretig återgång, långa ingjutskanaler samt knäckta<br />
ingjutskanaler<br />
Utrustning för krossning av råvaran har hittills inte tillämpats i någon<br />
större omfattning, men bedöms bli allt mer aktuell. En av drivkrafterna<br />
är att nya effektiva ugnar ställer krav på att råvaran måste vara relativt
SweCast AB 14<br />
Effektstyrning/ugnskörning<br />
Användning av lock<br />
Ytrenhet<br />
Produktionsplanering<br />
finfördelad. Enligt Karlebo Gjuteriteknik som säljer utrustningar för<br />
krossning kan krossning av återgång ge en energibesparing på i<br />
storleksordningen 6-7 %. Besparingen erhålls p.g.a. bättre<br />
packningsgrad i ugnen samt att fastbränd sand faller av återgången under<br />
krossningen.<br />
Vid försöken då tillförd effekt minskades till 80 % av ugnens maximala<br />
effekt erhölls en ökning av energiförbrukningen med 1-3,5 %.<br />
Tidsåtgången för <strong>smältning</strong> ökade från 53 till 78 minuter. Jämförelse<br />
mellan smältor med omkring 10 effektnedstyrningar gjordes också med<br />
smältor utan eller med max 3 effektnedstyrningar. När nedstyrningarna<br />
var många var energiförbrukningen cirka 3 % högre.<br />
Locket (keramisk duk) användes vid försöken under hela smältförloppet,<br />
d.v.s. både vid chargering <strong>och</strong> temperaturstegring. Energiförbrukningen<br />
var cirka 5 % lägre vid användning av lock jämfört med <strong>smältning</strong> utan<br />
lock.<br />
Erfarenheter från ugnstillverkare <strong>och</strong> andra studier visar på en<br />
besparingspotential uppåt 10-13 % vid användning av lock, vilket är<br />
betydligt bättre än erhållna resultat i föreliggande projekt. Resultatet<br />
påverkas givetvis av hur väl locket passas in <strong>och</strong> hur väl isolerat det är.<br />
Energiförbrukningen var cirka 5 % lägre vid <strong>smältning</strong> med blästrade<br />
tackor jämfört med <strong>smältning</strong> med oblästrade tackor.<br />
Genom loggning (i enstaka fall) <strong>och</strong> uppskattning i övriga fall har<br />
varmhållningstiden på grund av bristande planering bedömts variera<br />
mellan 0-30 minuter/smälta, i ett fall till <strong>och</strong> med 75 minuter/smälta.<br />
Detta fall är också det som är bäst dokumenterat <strong>och</strong> bygger på statistik<br />
från över 300 smältor. Medeltiden för varmhållning har utifrån uppgifter<br />
från 14 gjuterier uppskattats till 15 minuter.<br />
Energiförbrukning för varmhållning av smältan är enligt data från tre<br />
smältverk 24-39 kWh/ton. Utifrån antagandet att varmhållning sker 0,5<br />
timmar <strong>och</strong> att energiförbrukningen för <strong>smältning</strong> är 700 kWh/ton<br />
uppgår besparingspotentialen till 1,5-3 %.<br />
Energiförbrukning för överhettning av smältan med 1°C är 0,5 kWh/ton<br />
enl. Gjuterteknisk handbok. Besparingspotentialen till följd av minskad<br />
överhettning har inte studerats ytterligare inom föreliggande projekt.
SweCast AB 15<br />
3.2 Skänkförsök<br />
Utvärdering av olika förvärmningstekniker<br />
Av genomförda försök kring <strong>skänkförvärmning</strong> framgår att det finns en<br />
stor potential att spara energi. Störst besparingspotential ligger i<br />
modernisering av förvärmningsutrustningen, men även andra åtgärder<br />
som byte av infodringsmaterial <strong>och</strong> förbättring av skänkar, till exempel<br />
med lock, medför besparingar av betydelse. I tabell 2 nedan<br />
sammanfattas resultaten av genomförda skänkförsök.<br />
Tabell 2 Resultat av genomförda skänkförsök<br />
Försök Resultat (energibesparing<br />
i procent)<br />
Förvärmning med oxy-fuel istället<br />
för konventionell brännare<br />
Förvärmning med luft-gasol<br />
istället för konventionell brännare<br />
Förvärmning med el istället för<br />
konventionell brännare<br />
62-76<br />
Torkning *<br />
Högisolerande infodringsmaterial<br />
m.m.<br />
69<br />
52<br />
Cirka 50<br />
* Besparingspotentialen har inte verifierats men erfarenheter tyder på betydande<br />
besparingar både genom kortare torkningstider <strong>och</strong> mindre gasolförbrukning genom att<br />
effekten styrs.<br />
Försöken med olika förvärmningsutrustningar har visat på stor<br />
besparingspotential. Oavsett vilken teknik som används blir besparingen<br />
betydande. Resultaten av genomförda försök redovisas i tabell 3 nedan.
SweCast AB 16<br />
Tabell 3 Resultat av förvärmningsförsök, förvärmning till 600° C<br />
Förvärmningsteknik<br />
Konventionell<br />
100 kW<br />
Tid<br />
(min)<br />
Gasolförbr.<br />
(kg)<br />
Energiförbr.<br />
(kWh)<br />
Energibesparing<br />
(%)<br />
179 27,9 354 -<br />
El 24 kW 300 - 170 52<br />
Luft-gasol 100 kW 66<br />
Luft-gasol 150 kW 39<br />
Oxyfuel 50 kW 98<br />
Oxyfuel 100 kW 40<br />
8,7<br />
6,8*<br />
110<br />
* Vid förvärmning med oxy-fuel tillkommer förbrukning av syrgas med<br />
omkring 3,66 kg/kg gasol.<br />
Av tabellen ovan framgår att oxy-fueltekniken medför en mycket snabb<br />
förvärmning. Även luft-gasol ger korta förvärmningstider. Hänsyn skall<br />
dock tas till tillförd effekt eftersom detta påverkar förvärmningstiden.<br />
Den elektriska förvärmare som användes i försöken klarade inte att<br />
värma skänken till önskad temperatur. Detta kan delvis bero på att<br />
utrustningen inte var specifikt anpassad till skänken <strong>och</strong> att tillförd effekt<br />
var betydligt lägre än för andra utrustningar. Det finns möjlighet att förse<br />
förvärmaren med fler element <strong>och</strong> därigenom öka den tillförda effekten.<br />
Efter tre timmars förvärmning med oxy-fuel var temperaturen i<br />
infodringens ytskikt närmare 1200° C, två centimeter in i infodringen<br />
var det drygt 1000 grader varmt. Vid denna temperatur avbröts<br />
förvärmningen för att inte skada utrustningen. Förvärmning med luftgasol<br />
skedde som mest till en temperatur i infodringens ytskikt av<br />
knappt 1000° C. Temperaturen två centimeter in i infodringen var då<br />
drygt 850° C vilket var efter 4 timmars förvärmning.<br />
En elektrisk förvärmningsutrustning utrustad med Kanthal superelement<br />
kan enligt förstudier till föreliggande rapport förvärma till betydligt<br />
högre temperaturer än den utrustning som använts i försöken. En<br />
utrustning på 45 kW kan förvärma en skänk på ett ton till 1250 grader på<br />
cirka en timma.<br />
Samtliga utrustningar som ingått i försöken kan styras med avseende på<br />
förvärmningstid <strong>och</strong>/eller temperatur i skänken. Genom styrning finns<br />
möjlighet att spara ytterligare energi eftersom förvärmningstiden på<br />
många gjuterier inte är definierad. Ytterligare en energibesparande faktor<br />
86<br />
69<br />
76
SweCast AB 17<br />
Utvärdering av olika tekniker för torkning<br />
Byte av infodringsmaterial i skänk<br />
är att försöksutrustningarna möjliggör nedstyrning av tillförd effekt när<br />
skänken nått en specifik temperatur. Detta möjliggör varmhållning av<br />
skänken med liten energiförbrukning både mellan de tillfällen då<br />
skänken används <strong>och</strong> vid produktionsstörningar m.m. som gör att<br />
skänken inte kan användas när det var tänkt.<br />
Gjuterier som investerat i ny förvärmningsutrustning under projektets<br />
gång har erfarenheter som ligger i linje med de resultat som erhållits vid<br />
försöken. På ett gjuteri där konventionell förvärmningsutrustning ersatts<br />
med oxy-fuelteknik har gasolförbrukningen minskat med 62 %.<br />
Samtidigt har förvärmningstiden minskat från 2 timmar till cirka 30<br />
minuter.<br />
Ett annat gjuteri har ersatt konventionell förvärmningsutrustning med<br />
luft-gasolteknik <strong>och</strong> har erhållit en minskning av gasolförbrukningen<br />
med 65 %. De har också fått en jämnare temperatur på smältan under<br />
avgjutning. Anledningen är att förvärmning sker till en högre temperatur<br />
med den nya utrustningen eftersom förbränningen är effektivare. De har<br />
dock ingen styrning av förvärmningen till en specifik temperatur.<br />
Erfarenheter från ett gjuteri som ersatt konventionella brännare med<br />
elektrisk utrustning för torkning av skänkar visar på mycket goda<br />
resultat. Skänkinfodringens livslängd har mer än fördubblats sen<br />
förvärmningen började styras. Även ett annat gjuteri som kombinerar<br />
torkning med elektrisk utrustning upp till 600° C <strong>och</strong> därefter fortsätter<br />
torkning med luft-gasolutrustning har sett en betydande<br />
kvalitetsförbättring av infodringen i skänkarna.<br />
Ersättningen av konventionell utrustning med annan teknik uppskattas<br />
av flera gjuterier ha medfört betydande energibesparingar. Bland annat<br />
genom att effekten styrs vilket minskar gasolförbrukningen, men det<br />
finns också exempel där den totala torkningstiden har halverats. Det<br />
finns dock inga tillförlitliga uppgifter på faktisk besparing, varför ingen<br />
procentuell besparingspotential har redovisats.<br />
Genom att byta skänkmodell, förse skänken med lock <strong>och</strong> byta till<br />
högisolerande infodringsmassa har den totala temperaturförlusten kunnat<br />
minskas med omkring 50° C. Minskningen har uppmätts under<br />
arbetsmomenten tappning, transport till avgjutsplats, slaggning <strong>och</strong><br />
avgjutning. Se tabell 4 nedan.
SweCast AB 18<br />
Optimal förvärmningstemperatur<br />
Tabell 4 Minskad temperaturförlust genom åtgärder på skänk<br />
Mättillfällen <strong>och</strong><br />
arbetsmoment<br />
Temperatur vid<br />
tappning från ugn<br />
Temperatur efter<br />
transport till avgjutningsplats<br />
<strong>och</strong><br />
slaggning ur skänk<br />
Paus tills smältan nått<br />
lämplig avgjutstemp.<br />
Temperatur när<br />
gjutning påbörjas<br />
Temperatur när<br />
gjutning avslutas<br />
Ny skänk Temperaturtapp<br />
Gammal<br />
skänk<br />
1500 ºC 1526 ºC<br />
1445 ºC<br />
- 55 ºC<br />
1435 ºC<br />
1407 ºC 1411 ºC<br />
1388 ºC<br />
- 19 ºC<br />
1372 ºC<br />
Temperaturtapp<br />
- 91ºC<br />
- 35 ºC<br />
Totalt temperaturtapp -74 ºC -126 ºC<br />
Tapptemperaturen vid tappning från ugn har som resultat av ovanstående<br />
sänkts med 30° C. Genom att tapptemperaturen har sänkts bedöms också<br />
slitaget på infodringen i ugnen minskat. Några helt tillförlitliga värden<br />
har dock inte kunnat erhållas p.g.a. stor variation i kvaliteten på<br />
smältorna.<br />
Genomförda förändringar har också medfört att behovet av förvärmning<br />
av skänkarna har minskat. Minskningen beror dels på att skänkarna<br />
håller värmen bättre <strong>och</strong> dels på att de inte behöver torkas efter<br />
nyinfodring. Gasolförbrukningen har minskat med cirka 50 % efter att<br />
de nya skänkarna tagits i bruk.<br />
Försök genomfördes även med segjärnsbehandling i skänk infodrad med<br />
Kaltek. Infodringen klarade dock inte påfrestningarna vid<br />
segjärnsbehandlingen.<br />
En vanlig erfarenhet från gjuterier som ersatt konventionell<br />
förvärmningsteknik med oxy-fuel eller luft-gasol är att en högre<br />
temperatur nås i skänken med minskat temperaturtapp på smältan som<br />
följd.<br />
Temperaturtappet är 30 grader större vid tappning i skänkt förvärmd till<br />
800 grader C än vid tappning i varm, d.v.s. nyanvänd skänk, se tabell 5<br />
nedan.
SweCast AB 19<br />
Tabell 5 Jämförelse av tapptemperatur mellan varm <strong>och</strong> till 800° C<br />
förvärmd skänk<br />
Temperatur vid<br />
tappning från ugn<br />
Temperatur-tapp i<br />
nyligen använd<br />
skänk<br />
Temperatur-tapp i<br />
skänk förvärmd till<br />
800° C<br />
1410-1420 ºC Cirka 50 ºC Cirka 80 ºC<br />
1370 ºC Cirka 50 ºC Cirka 80 ºC<br />
Ett gjuteri som förbättrat styrningen av temperaturen på smältan har<br />
erhållit betydande minskningar av kassationer på gjutgodset. Installation<br />
av ny förvärmningsutrustning har ingått som en del i detta arbete<br />
eftersom det ger en bättre förvärmning av skänken <strong>och</strong> därmed mindre<br />
temperaturförluster på smältan. Installationen av ny förvärmningsutrustning<br />
ger därmed dubbel energibesparing, både i form av minskad<br />
gasolförbrukning <strong>och</strong> minskad om<strong>smältning</strong> av gods med kvalitetsbrister.<br />
4 MÅLUPPFYLLELSE OCH ENERGIRELEVANS<br />
4.1 Resultat av genomförda försök<br />
4.2 Energirelevans <strong>och</strong> lönsamhetsbedömning<br />
Enligt genomförda förstudier har besparingspotentialen uppskattats till<br />
minst 10-15 % för smältprocessen. För <strong>skänkförvärmning</strong> har ingen<br />
siffra angetts, däremot framgår att de försök som utförts i begränsad<br />
omfattning har gett lovande resultat.<br />
Resultaten av genomförda försök bedöms med god marginal uppfylla de<br />
besparingspotentialer som angivits i förstudierna. I genomförda<br />
smältförsök har en total besparingspotential för samtliga försök erhållits<br />
på 17,5-34 % <strong>och</strong> i genomförda förvärmningsförsök (inkl. erfarenheter<br />
från genomförda installationer) har en besparingspotential på 50-76 %<br />
erhållits beroende på vilken av åtgärderna som genomförs. För att spara<br />
energi vid <strong>smältning</strong> kan ett flertal åtgärder genomföras, medan det vid<br />
<strong>skänkförvärmning</strong> till stor del handlar om en eller max två åtgärder, men<br />
där teknikvalet kan variera.<br />
För projektet har följande övergripande mål formulerats:<br />
Sänkt energiförbrukning med i genomsnitt 15% <strong>och</strong> på enstaka områden<br />
20% vid gjuterier <strong>och</strong> i förekommande fall kunder genom effektivare<br />
energiutnyttjande inom områdena värmebehandling, <strong>skänkförvärmning</strong><br />
<strong>och</strong> <strong>smältning</strong>.<br />
I <strong>Energimyndigheten</strong>s beslut för ”Energitekniskt forskningsprogram för<br />
gjuteri- <strong>och</strong> verstadsindustrin” daterat 2004-04-02 har följande
SweCast AB 20<br />
Energibesparingar <strong>smältning</strong><br />
energibesparingar angivits för delprojekt 3 ”Energieffektiva smält- <strong>och</strong><br />
värmebehandlingsprocesser inom gjuteriindustrin”.<br />
Tabell 6 Energibesparing enligt STEM-beslut för delprojekt 3<br />
Minskning 2006<br />
(GWh/år)<br />
Minskning 2009<br />
(GWh/år)<br />
Minskning 2012<br />
(GWh/år)<br />
10 25 40<br />
Besparingspotentialen vid <strong>smältning</strong> anges även till 22,5 GWh/år genom<br />
optimering av befintliga smältanläggningar <strong>och</strong> smältprocedurer. För<br />
<strong>skänkförvärmning</strong> har ingen specifik besparingspotential angivits.<br />
Uppgifterna för <strong>smältning</strong> <strong>och</strong> <strong>skänkförvärmning</strong> är hämtade från<br />
genomförda förstudier.<br />
Investering i nya ugnar genererar vanligen en energibesparing per<br />
producerad mängd gods. Anledningen till detta är dels att en ny ugn ofta<br />
är större vilket i sig minskar energiförbrukningen per ton smält järn, men<br />
också för att nya ugnar normalt är <strong>energieffektiv</strong>are. Nya ugnar har till<br />
exempel normalt lock integrerade med ugnskroppen <strong>och</strong> ett styrsystem<br />
för optimal effekttillförsel i början av smältcykeln då godset inte kan ta<br />
upp all tillförd energi. Vidare förs ofta en dialog med ugnsleverantören<br />
<strong>och</strong>/eller utbildning av smältpersonalen i optimal smältteknik. Genom<br />
investering i nya ugnar bedöms de tekniska lösningar uppnås som<br />
genererar energibesparing. 10-20 % i energibesparing är enligt erfarenheter<br />
från ugnsleverantörer <strong>och</strong> gjuterier som bytt ugnar vanligt.<br />
Nya ugnar har installerats på omkring 10 gjuterier de senaste åren (sedan<br />
föreliggande projekt startade). För enkelhets skull har följande<br />
antaganden gjorts. De 10 gjuterier som investerat i nya ugnar står för 1/3<br />
av elförbrukningen bland järngjuterierna i Sverige (det finns cirka 30<br />
järngjuterier). Många gjuterier saknar möjlighet att mäta<br />
energiförbrukningen från enbart smältprocessen. Därför görs<br />
beräkningar utifrån den specifika energiförbrukningen som antas vara<br />
700 kWh/ton. Total mängd smält järn uppgår till 373 000 ton (70 %<br />
utbyte, gjutgodsproduktion 261 000 ton). De nya ugnarna har antagits stå<br />
för 50 % av gjuteriernas smältkapacitet (många gjuterier byter inte alla<br />
ugnar samtidigt). Besparingen har i genomsnitt antagits vara 15 % vilket<br />
ger en total genomförd besparing av 12 900 MWh. Installation av nya<br />
ugnar bedöms även ge ytterligare energibesparingar eftersom<br />
varmhållningsugnar ibland kan tas ur bruk när effektiva ugnar<br />
installeras. Denna besparing har dock inte räknats in.<br />
På motsvarande sätt har planerade investeringar beräknats. Diskussioner<br />
om installationer förs för närvarande på minst 8 gjuterier. Med samma<br />
antaganden som ovan bedöms ytterligare 10 500 MWh sparas. Av dessa<br />
bedöms 25 % genomföras t.o.m. 2009 <strong>och</strong> 100 % till 2012.
SweCast AB 21<br />
Energibesparingar <strong>skänkförvärmning</strong><br />
Genom den information, utbildning <strong>och</strong> miljögranskning som SweCast<br />
genomför avseende <strong>energieffektiv</strong> <strong>smältning</strong> bedöms ytterligare<br />
minskningar av energiförbrukningen komma att erhållas.<br />
Miljögranskningar genomförs dels på uppdrag av företagen inom ramen<br />
för deras miljöledningssystem <strong>och</strong> dels i form av periodiska<br />
undersökningar (f.d. periodisk besiktning) som är kontroll av företagens<br />
efterlevelse av myndighets- <strong>och</strong> lagkrav. I dessa miljögranskningar har<br />
resultaten av föreliggande projekt lagts in, varvid rekommendationer på<br />
egenkontroll <strong>och</strong> åtgärder numera ges vid granskningarna.<br />
För beräkning av energibesparing till följd av SweCasts<br />
informationsspridning, utbildning <strong>och</strong> miljögranskning görs följande<br />
antaganden. 50 % av gjuterierna genomför energibesparande åtgärder.<br />
Åtgärderna berör 50 % av gjuteriernas totala smältenergi. Genomsnittlig<br />
besparing antas vara 10 % eftersom samtliga åtgärder enligt försöken<br />
inte kommer vara möjliga att genomföra på alla gjuterier. Följande<br />
antaganden är gjorda. Energiförbrukning 700 kWh/ton, total mängd<br />
smält järn är 373 000 ton. Total energibesparing blir då 13 100 MWh.<br />
Samtliga åtgärder bedöms vara genomförda t.o.m. 2009. Fram till 2012<br />
bedöms arbetssätt <strong>och</strong> tekniska lösningar ha spridit sig i en omfattning<br />
av 25 % till fler gjuterier varvid ytterligare 3 000 MWh kan sparas.<br />
Investering i ny förvärmningsutrustning (el <strong>och</strong>/eller oxy-fuel eller luftgasol)<br />
har genomförts på 5 gjuterier. Besparingen av gasol har utifrån<br />
genomförda försök <strong>och</strong> erfarenheter antagits vara 60 %.<br />
Energibesparingen har beräknats utifrån en genomsnittlig energiförbrukning<br />
för förvärmning bland järngjuterierna. Medelförbrukningen<br />
har beräknats utifrån faktiska förbrukningsdata från 11 gjuterier <strong>och</strong> har<br />
antagits vara 498 MWh. Energibesparingen på 5 gjuteri beräknas utifrån<br />
ovanstående uppgå till 1 500 MWh.<br />
Beräkningarna är genomförda med följande förutsättningar. Energiinnehåll<br />
i gasol, 12890 kWh/ton, densitet för gasol, 508 kg/m 3 . Ett par<br />
utrustningar eldas med olja. Energiinnehåll i olja, 11850 kWh/ton,<br />
densitet för olja, 850 kg/m 3 .<br />
Motsvarande beräkning för byte av infordringsmassa i skänkar ger 370<br />
MWh (tre gjuteri har genomfört åtgärden). Besparingen av gasol har<br />
antagits var 50 %, men eftersom alla gjuterier inte kan antas genomföra<br />
hela åtgärdspaketet som ingått i försöken har besparingspotentialen<br />
minskats till 25 %. Denna åtgärd har även minskat energiförbrukningen<br />
genom en lägre tapptemperatur på 30° C. Energiförbrukningen för<br />
överhettning av smältan har antagits vara 0,5 kWh/grad. Denna<br />
besparing ingår dock inte i beräknad besparing.<br />
Intresset för investering i ny förvärmningsutrustning bedöms vara stort<br />
inom branschen. T.o.m. 2009 bedöms omkring 5-10 gjuterier ha
SweCast AB 22<br />
Översikt genomförd <strong>och</strong> planerad energibesparing<br />
installerat ny förvärmningsutrustning vilket ger en besparing på 1500-<br />
3000 MWh <strong>och</strong> t.o.m. 1012 bedöms ytterligare 10-20 gjuterier har<br />
genomfört motsvarande installation vilket ger besparingar på ytterligare<br />
3000-6000 MWh. Beräkningar är gjorda på 7 respektive 15 gjuterier.<br />
Försök med ersättning av infordringsmassa till en högisolerande massa<br />
pågår eller är planerade på ett antal gjuterier. T.o.m 2009 bedöms<br />
ytterligare 7 gjuterier har gått över till den nya massan <strong>och</strong> ytterligare 5<br />
gjuterier t.o.m. 2012. Med motsvarande förutsättningar (370 MWh/3<br />
gjuterier=120 MWh/gjuteri) som ovan bedöms energibesparingen bli<br />
850 MWh till 2009 <strong>och</strong> ytterligare 600 MWh till 2012.<br />
I tabellen nedan redovisas en samlad bedömning av energibesparing<br />
inom områdena <strong>smältning</strong> <strong>och</strong> <strong>skänkförvärmning</strong>.<br />
Tabell 7 Uppskattad energibesparing, <strong>smältning</strong> <strong>och</strong><br />
<strong>skänkförvärmning</strong>, total samt period inom parentes<br />
Genomförd<br />
minskning<br />
(GWh/år)<br />
Minskning 2009<br />
(GWh/år)<br />
Minskning 2012<br />
(GWh/år)<br />
14,8 32,8 (18,0) 47,3 (14,5)<br />
Som framgår av tabellen ovan bedöms målet för projektet avseende<br />
energibesparing uppfyllas. Energibesparande åtgärder har redan<br />
genomförts på ett flertal gjuterier. För att säkerställa att ytterligare<br />
gjuterier genomför energibesparande åtgärder har ett antal åtgärder<br />
vidtagits av SweCast. Ett utbildningsmaterial avseende <strong>energieffektiv</strong><br />
<strong>smältning</strong> kommer spridas. Ett seminarie om <strong>energieffektiv</strong><br />
<strong>skänkförvärmning</strong> hölls den 4 december 2007. Informationsspridning<br />
kommer också ske vid de många informella kontakter som sker med<br />
medlemsföretagen. Två gasflödesmätare har cirkulerat mellan<br />
projektdeltagarna för mätning av gasolförbrukning på gjuterier. Dessa<br />
kommer att finnas för utlåning till medlemsföretagen för bestämning av<br />
gasflöden <strong>och</strong> därmed ge ett bra underlag till investeringskalkyler.<br />
Vidare genomför SweCast varje år ett stort antal miljögranskningar<br />
(periodiska undersökningar, lagrevisioner <strong>och</strong> nulägesanalyser m.m.) av<br />
olika slag på medlemsföretagen. Erfarenheterna från föreliggande<br />
projekt har lyfts in <strong>och</strong> ingår numera i miljögranskningarna, vilket<br />
innebär att rekommendationer ges avseende energibesparande åtgärder.<br />
Besparingspotentialen inom både <strong>smältning</strong> <strong>och</strong> <strong>skänkförvärmning</strong><br />
bedöms vara densamma vid stålgjuterier som vid järngjuterier. I Sverige<br />
finns ungefär en tredjedel så många stålgjuterier som järngjuterier.<br />
Baserat på producerat tonnage för järn respektive stål kan ovanstående<br />
besparingar räknas upp med en faktor 1,1.
SweCast AB 23<br />
5 DISKUSSION<br />
De försök som genomförts inom ramen för ”<strong>energieffektiv</strong><br />
<strong>skänkförvärmning</strong>” är relativt fristående från övriga processer i<br />
gjuterierna. Det har därför varit möjligt att styra dessa försök noggrant<br />
<strong>och</strong> skapa likadana förutsättningar vid jämförelser mellan olika försök.<br />
Vid genomförande av försök inom ramen för ”<strong>energieffektiv</strong> <strong>smältning</strong>”<br />
har antalet faktorer som påverkat resultatet varit desto fler. Försöken har<br />
genomförts på ett flertal gjuterier. Varje gjuteri har sina förutsättning i<br />
form av typ av ugn, storlek på ugn, infodringsmaterial, infodringens<br />
ålder, effektstyrning, råvaror <strong>och</strong> traditioner bland medarbetare m.m.<br />
Försöken har också i många fall påverkats av ändrad<br />
produktionsplanering <strong>och</strong> störningar i produktion.<br />
För att erhålla jämförbara försök med likvärdiga förutsättningar har<br />
därför relativt många försök behövt genomföras. Försök med störningar<br />
har därefter plockats bort ur underlaget innan resultatet bearbetats. Några<br />
gjuterier har redovisat samtliga försök <strong>och</strong> har då noterat förekommande<br />
störningar. Detta alternativ har i flera fall genererat svårtolkade resultat.<br />
Å andra sidan har det samtidigt gett ökad kunskap om kostnaden för en<br />
specifik typ av störningar. Det skulle till exempel vara intressant att<br />
studera kostnaden för ökad energiförbrukning i förhållande till<br />
kostnaden för att öka effektabonnemanget så att effektnedstyrningar kan<br />
undvikas. Färre effektnedstyrningar ger lägre energiförbrukning vid<br />
<strong>smältning</strong>. Likaså är det intressant att jämföra kostnadsbesparingen för<br />
god ytrenhet, med kostnaden för att åstadkomma god ytrenhet,<br />
exempelvis genom blästring.<br />
I strävan efter att erhålla likvärdiga <strong>och</strong> störningsfria försök<br />
kompletterades gjuteriernas försök med en försöksserie på<br />
Skandinaviska Gjuteriskolan som är Gjuteriföreningens försöks- <strong>och</strong><br />
utbildningsgjuteri. Tyvärr förekom även vid dessa försök vissa<br />
störningar på ugnen. Störningarna var dock av begränsad karaktär <strong>och</strong><br />
försöken kan anses vara genomförda under likvärdiga förhållanden. Den<br />
ugn som användes för försöken rymmer endast 250 kg <strong>och</strong> är betydligt<br />
mindre än de ugnar som används på gjuterierna. Av denna anledning var<br />
det inte möjligt att genomföra samtliga försök, exempelvis jämförelse av<br />
bra <strong>och</strong> dålig packningsgrad som inte gav relevanta resultat. Skillnaden i<br />
ugnsstorlek gör också att siffror på energibesparingar inte direkt kan<br />
översättas till ett normalt gjuteri. Resultaten från försöken på<br />
Gjuteriskolan är dock likartade med resultaten från övriga gjuterier<br />
vilket styrker trovärdigheten i gjuteriernas försök.<br />
Eftersom förutsättningarna skiljer sig kraftigt åt mellan olika gjuterier är<br />
inte heller resultat från ett gjuteri direkt överförbart till ett annat gjuteri.<br />
Motsvarande åtgärder kan ge både bättre <strong>och</strong> sämre resultat på andra<br />
gjuterier.
SweCast AB 24<br />
Chargeordning/packningsgrad<br />
För att säkerställa en hög trovärdighet hos resultat från genomförda<br />
smältförsök har dessa jämförts med tidigare känd information samt med<br />
leverantörer av smältugnar. Resultaten bedöms ligga väl i linje med<br />
andra erfarenheter.<br />
Kvaliteten på gjutgodset bedöms ha varit oförändrad under försöken<br />
jämfört med ordinarie produktion utom i ett fall. I försöken med<br />
ersättning av infodringsmaterialet blev resultatet en lägre tapptemperatur<br />
från smältugnen <strong>och</strong> en jämnare temperatur under avgjutning vilket<br />
bedöms vara huvudorsaken till att kassationen minskat kraftigt.<br />
Packningsgraden är viktig för att tillförd energi i ugnen skall tas upp i<br />
chargerat material. Det är dock inte tillräckligt att bara ha en god<br />
packningsgrad, det är också viktigt att materialet finns i rätt del av<br />
ugnen.<br />
Energin överförs till godset via det elektromagnetiska fält som alstras av<br />
induktionsspolen runt ugnen. Magnetfältet sträcker sig en bit in innanför<br />
infodringen <strong>och</strong> det är främst där godset kan upp energin, därför är det i<br />
ytterkant av ugnen det skall finnas mycket gods. Det är välkänt att<br />
<strong>smältning</strong>en går snabbare <strong>och</strong> att energiförbrukningen minskar när<br />
infodringen i ugnen blir sliten. Detta är naturligt eftersom en större del<br />
av godset då finns i det område där magnetfältet finns.<br />
I mitten av ugnen, dit magnetfältet inte når sker uppvärmningen av<br />
godset främst genom att godset fungerar som ett motstånd då<br />
magnetfältet indirekt leds därigenom. Det som gör att även detta gods<br />
värms upp är de många kontaktytorna mellan godset i ugnen. En god<br />
packningsgrad bör i normalfallet ge fler kontaktytor än en dålig<br />
packningsgrad varför det blir dubbel effekt av en god packningsgrad.<br />
Intern återgång i form ingjutssystem <strong>och</strong> matare m.m. är en viktig del av<br />
råvaran vid <strong>smältning</strong>. Ett problem är att denna råvara ofta är spretig <strong>och</strong><br />
stor, varvid det är omöjligt att nå en bra packningsgrad i ugnen. De kan<br />
också orsaka hängningar i ugnen som gör att godset inte sjunker ner i<br />
ugnen i takt med att underliggande material smälter. På nya effektiva<br />
ugnar är risken extra stor att så kallade hängningar orsakar överhettning<br />
av ugnen med allvarliga konsekvenser.<br />
Ett alternativ som minskar risken för hängning <strong>och</strong> samtidigt förbättrar<br />
packningsgraden avsevärt <strong>och</strong> därmed minskar energiförbrukningen är<br />
att krossa återgången. Krossning av återgången har även andra fördelar.<br />
En bieffekt är att sand som bränt fast under avgjutningen till stor del<br />
faller av under krossningen vilket minskar mängden slagg <strong>och</strong> bidrar till<br />
mindre energiförbrukning. Dessutom nås effektiviseringsvinster i både<br />
skrothantering <strong>och</strong> smältförfarande. Bara energivinsten vid <strong>smältning</strong><br />
bedöms uppgå till omkring 6 %. I figur 8 nedan visas några bilder på en<br />
krossanläggning samt material före <strong>och</strong> efter krossning. Bilderna
SweCast AB 25<br />
kommer från Karlebo Gjuteriteknik. Det skulle vara intressant att<br />
utvärdera en eller flera krossutrustningar samt verifiera energibesparing<br />
<strong>och</strong> andra vinster vid krossning av återgång.<br />
Figur 8 Exempel på krossanläggning samt gods före <strong>och</strong> efter<br />
krossning<br />
Som framgår av bilderna ovan åstadkoms en betydande förbättring av<br />
återgångens storlek vid krossningen.<br />
Smältning med sump kan anses vara optimalt med hänsyn till<br />
packningsgraden eftersom det då inte finns någon luft alls i nedre delen<br />
av ugnen. Smältning med sump är också normalt förfarande i en<br />
lågfrekvensugn. Åsikterna om huruvida det är positivt att smälta med<br />
sump i en mellanfrekvensugn går däremot isär bland tillverkare av<br />
ugnar. En del rekommenderar att ny smälta påbörjas i tom ugn för bästa<br />
<strong>energieffektiv</strong>itet medan andra hävdar att en sump är positivt ur<br />
energisynpunkt. Förutsättningarna för användning av sump varierar även<br />
mellan gjuterierna. Hela smältan kan behövas för att gjuta en eller några<br />
detaljer, nästkommande smälta kan vara av en annan kvalitet eller<br />
kanske inte behöver påbörjas omedelbart o.s.v.<br />
Erhållna resultat av <strong>smältning</strong> med sump (5-6 % mindre<br />
energiförbrukning) indikerar att det bör vara intressant för de gjuterier<br />
som har rätt förutsättningar att själva genomföra försök med sump <strong>och</strong><br />
utvärdera energiförbrukningen.
SweCast AB 26<br />
Effektstyrning/ugnskörning<br />
Det bästa ur energisynpunkt är normalt att smälta på så hög effekt <strong>och</strong> så<br />
kort tid som möjligt. Främst i början av en smältcykel, då godset ännu<br />
inte börjat smälta <strong>och</strong> en sämre packningsgrad kan föreligger har godset<br />
inte möjlighet att ta upp all energi som ugnen kan leverera. Tillförs för<br />
mycket energi i denna fas blir resultatet att värme transporteras bort via<br />
kylssystemet. Äldre ugnar kan endast i begränsad omfattning reglera ned<br />
effekten <strong>och</strong> därigenom minska förlusterna. Nya ugnar är ofta utrustade<br />
med styrsystem som reglerar ned effekten efter hur mycket energi<br />
materialet kan ta upp. På detta sätt minskas förlusterna i<br />
inledningsskedet av smältan effektivt. I det skede då materialet i ugnen<br />
kan ta upp all tillförd energi är det <strong>energieffektiv</strong>aste sättet att smälta att<br />
köra på full effekt eftersom förlusterna pågår under en längre tid om<br />
smälttiden förlängs <strong>och</strong> då även blir större.<br />
Många gjuterier har effektvakter som begränsar det maximala<br />
effektuttaget av inkommande el. Användningen av effektvakter har en<br />
naturlig förklaring eftersom det kostar relativt mycket att höja<br />
effekttaket. Den här kostnaden är också lätt att identifiera eftersom det är<br />
en fast kostnad som syns direkt på fakturan. Det många gjuterier kanske<br />
inte har tagit med i beräkningen är den ökning av energiförbrukningen<br />
som är följden av effektvakter. Resultaten av genomförda försök visar på<br />
en inte obetydligt ökad energiförbrukning då många effektnedstyrningar<br />
inträffar. För gjuterier med många effektnedstyrningar bör det vara<br />
intressant att kontrollera antalet nedstyrningar <strong>och</strong> den därav ökade<br />
energiförbrukningen samt jämföra denna kostnad med kostnaden för att<br />
öka effekttaket.<br />
Ett alternativ till att höja effekttaket är införskaffande av ett styrsystem<br />
för energiförbrukande utrustningar. Effektvakter utan styrning stryper<br />
strömmen helt till en eller flera utrustningar när effektaket är nära att<br />
passeras. Styrsystemet ser var i processcykeln de olika utrustningarna<br />
befinner sig <strong>och</strong> kan beräkna den totala energiförbrukningen framöver.<br />
Därigenom kan små nedstyrningar göras i ett tidigt skede <strong>och</strong> strömmen<br />
behöver aldrig stängas av helt till en enskild utrustning.<br />
Affilips Foundry i Belgien installerade ett sådant system under 2006.<br />
Det maximala effektuttaget har därigenom kunnat sänkas från 6 MW till<br />
5 MW med bibehållen produktion <strong>och</strong> de räknar även med att kunna<br />
installera ytterligare ungar <strong>och</strong> öka produktionen med oförändrat<br />
effektuttag. Tekniken är inte ny <strong>och</strong> den tillämpas även på flera gjuterier<br />
i Sverige, men bedöms kunna vara intressant att utvärdera av ytterligare<br />
gjuterier. Ett exempel är ”Energidirigenten” från EON som installerats<br />
på flera gjuterier i Sverige.
SweCast AB 27<br />
Användning av lock<br />
Ytrenhet<br />
Produktionsplanering<br />
Användning av lock är i första hand aktuell under<br />
temperaturstegringsfasen, d.v.s. då all råvara har chargerats i ugnen <strong>och</strong><br />
merparten har smält. Under smältfasen, då godset chargeras i ugnen är<br />
det svårt att använda lock av flera anledningar. De flesta gjuterier<br />
chargerar med hjälp av travers <strong>och</strong> magnet, chargering sker löpande med<br />
några få minuters intervall. Skall locket lyftas på med traversen blir det<br />
ett omständligt <strong>och</strong> tidskrävande arbete att flytta det fram <strong>och</strong> tillbaka.<br />
Kan locket lyftas på <strong>och</strong> av med automatik är det enklare, men det blir<br />
ändå en hel del extra moment <strong>och</strong> locket hinner bara användas någon<br />
minut i taget. På många nyare ugnar är locken integrerade i ugnen,<br />
vanligt är också att chargering sker med chargervagn. Vid chargering är<br />
vagnen placerad över ugnen varvid det blir omöjligt att stänga locket.<br />
Locket ställs i dessa fall ofta i ett halvläge för att fånga upp rökgaserna,<br />
det bidrar i denna position inte till att hindra värmestrålningen att<br />
avledas från ugnen.<br />
Försök har inte kunnat genomföras i önskad omfattning. Det är dock<br />
självklart att det kräver extra energi att smälta sådant material som inte<br />
skall ingå i smältan, t ex rost, sand <strong>och</strong> vatten. Om möjlighet finns bör<br />
råvaran förvaras inomhus.<br />
Produktionen styrs ofta utifrån formning/avgjutning <strong>och</strong> övriga<br />
processer anpassas därefter. Informationen personalen i smältverket får<br />
är dock många gånger begränsad när det gäller precision av när nästa<br />
smälta skall levereras. Om <strong>smältning</strong>en påbörjas för sent <strong>och</strong> smältan<br />
inte är klar för leverans i tid får personalen i smältverket kritik för detta.<br />
Ytterligare osäkerheter skapas av att smälttiden <strong>och</strong> därmed starttiden<br />
för en smälta sällan är tydligt definierad.<br />
Ovanstående medför att <strong>smältning</strong>en i de flesta fall påbörjas för tidigt<br />
(undantaget är när <strong>smältning</strong>en är en flaskhals). Följden blir att ugnen<br />
körs på nedstyrd effekt <strong>och</strong>/eller att smältan varmhålls, med ökad<br />
energiförbrukning som resultat.<br />
Genom att optimera starttiden för <strong>smältning</strong>en skulle<br />
energiförbrukningen kunna minskas. Varje gjuteri bör kunna definiera<br />
följande:<br />
hur lång tid tar en normal smälta <strong>och</strong> hur stor är den normala<br />
variationen<br />
hur många minuter behövs för temperaturkontroller, gjutning av<br />
prov för analys, justering av smältan <strong>och</strong> avslaggning
SweCast AB 28<br />
Förvärmning av skrot<br />
hur många minuters marginal önskar man ha för eventuella<br />
oplanerade händelser<br />
När ovanstående parametrar är fastställda bör en exakt starttid i<br />
förhållande till formning/avgjutning kunna fastställas.<br />
”Onödig varmhållning”, d.v.s varmhållning som kan planeras bort har<br />
stämts av med ett flertal gjuterier. Av erhållen information (14 gjuterier)<br />
framgår att varmhållningstiden varierar kraftigt, men att de flesta<br />
gjuterier har en ”onödig varmhållningstid” på mellan 0-30 minuter.<br />
Genom förvärmning av råvaran kan smälttiden förkortas. Det är därför<br />
ett sätt att öka produktiviteten utan att behöva installera nya ugnar.<br />
Förvärmning av skrot bedöms i första hand vara ett bra alternativ vid<br />
produktionstoppar av tillfällig art eller som alternativ till att installera<br />
nya ugnar. Enligt AGA är det möjligt att förvärma råvaran med oxy-fuel<br />
med motsvarande energiförbrukning som vid <strong>smältning</strong> i induktionsugn.<br />
Ytterligare ett alternativ är att rikta oxy-fuelbrännaren direkt ner i<br />
smältugnen <strong>och</strong> därigenom öka smältkapaciteten. Även denna<br />
installation kan enligt AGA göras med motsvarande eller till <strong>och</strong> med<br />
något mindre energiförbrukning än endast <strong>smältning</strong> i induktionsugn.<br />
Utvärdering av olika förvärmningstekniker för skänkar<br />
Samtliga förvärmningstekniker som testats har utöver energibesparingen<br />
stora fördelar jämfört med konventionell förvärmning med<br />
gasolbrännare. När det gäller den elektriska utrustningen som inte<br />
klarade att förvärma till mer än drygt 600° C finns möjligheter att<br />
komplettera den för ökad effekt. Det finns även andra alternativ,<br />
exempelvis Kanthal Superelement som klarar förvärmning till betydligt<br />
högre temperaturer. I en förstudie avseende <strong>energieffektiv</strong><br />
<strong>skänkförvärmning</strong> genomförd av Svenska Gjuteriföreningen finns ett<br />
exempel på en 45 kW elektrisk förvärmningsutrustning från Kanthal<br />
som värmer en 1 tons skänk till 1250° C på cirka en timma. Elektrisk<br />
förvärmning bedöms kunna vara ett intressant alternativ även om<br />
resultaten från försök genomförda inom detta projekt inte uppfyller<br />
ställda krav.<br />
Alla tre förvärmningsteknikerna bedöms med rätt effekttillförsel ge en<br />
ökad flexibilitet i produktionen. Förvärmning kan göras till hög<br />
temperatur på betydligt kortare tid än med konventionell utrustning. Hög<br />
förvärmningstemperatur kan också i vissa fall minska behovet av<br />
överhettning av smältan.<br />
Vid hantering <strong>och</strong> användning av gasol är säkerhetsfrågan en viktig<br />
aspekt. Ur denna synvinkel är den elektriska utrustningen överlägsen<br />
eftersom den inte medför några risker med läckande gas o.s.v. Både luftgasol<br />
<strong>och</strong> oxy-fuel bedöms dock ha goda säkerhetssystem till skydd mot
SweCast AB 29<br />
att lågan slocknar m.m. Jämfört med konventionell utrustning bedöms<br />
säkerheten vara högre.<br />
Samtliga testade utrustningar ger en kraftig minskning av CO2-utsläppen<br />
<strong>och</strong> är därför bättre ur miljösynpunkt. Även i detta fall är den elektriska<br />
utrustningen överlägsen eftersom den inte förbrukar någon gasol alls.<br />
Skall det vara helt korrekt bör dock hänsyn tas till hur elen har<br />
producerats <strong>och</strong> de eventuella koldioxidutsläpp som genererats då.<br />
Oxy-fuel tekniken förbrukar mindre gasol än luft-gasol. Både vid<br />
beräkning av driftskostnader <strong>och</strong> miljöbelastning bör dock hänsyn tas till<br />
att den även förbrukar syrgas. Luft-gasol förbrukar extra el för drivning<br />
av fläkten som förser utrustningen med luft. Elförbrukningen till fläkten<br />
har i detta sammanhang antagits vara försumbar.<br />
En enkel jämförelse har gjorts ur miljösynpunkt mellan förvärmningsteknikerna<br />
el, oxy-fuel <strong>och</strong> luft-gasol, se tabell 8 nedan.<br />
Tabell 8 Beräkning av miljöbelastning uttryckt i kWh vid<br />
förvärmning med el, oxy-fuel <strong>och</strong> luft-gasol<br />
El Oxy-fuel Luft-gasol<br />
Gasolförbrukning kg - 6,8 8,7<br />
Omräknat till kWh 170 86 110<br />
Syrgas, produktion <strong>och</strong><br />
transport (kWh)*<br />
Summa miljöbelastning<br />
uttryckt i kWh**<br />
- 12 -<br />
170 98 110<br />
* Syrgasproduktionen har beräknats till 0,7 kWh/Nm 3 , transportavståndet har antagits<br />
vara 120 km. Förbrukningen av syrgas har uppskattats till 2,6 Nm 3 /kg gasol <strong>och</strong><br />
inberäknar då ett överskott på 2 % syre i torra avgaser.<br />
** Beräkningen av miljöbelastningen tar inte hänsyn till att gasol inte släpps ut vid<br />
förvärmning med el <strong>och</strong> inte heller till bildning av NOx (kvävgas) som också är en<br />
miljöbelastande förening.<br />
NOx (kväveoxider) bildas vid all förbränning <strong>och</strong> särskilt vid<br />
förbränning i hög temperatur. Ur miljösynpunkt är bildning av NOx inte<br />
önskvärt eftersom det bidrar till negativ miljöpåverkan bland annat<br />
genom försurning <strong>och</strong> bildning av marknära ozon. Bildningen av NOx<br />
kan påverkas genom styrning av olika parametrar under<br />
förvärmningsprocessen. I vilken omfattning styrning kan ske beror på<br />
vilken förvärmningsteknik som används. Dålig styrning kan bidra till<br />
höga NOx-halter.<br />
Mätningar av NOx som gjordes under förvärmningsförsöken visar på en<br />
NOx-halt under 20 mg/MJ vid förvärmning med oxy-fuel. På
SweCast AB 30<br />
konventionell förvärmningsutrustning var motsvarande värde 60-70<br />
mg/MJ.<br />
Nackdelar med de olika utrustningarna är bland annat att Oxy-fuel<br />
kräver tillgång till syrgas. Finns inte syrgastank tillkommer ytterligare<br />
investeringskostnader. Den elektriska förvärmaren är känslig för slag<br />
<strong>och</strong> stötar. Den ställer också höga krav på strömförsörjningen.<br />
Kostnaden för en förvärmningsutrustning är naturligtvis beroende av<br />
varje gjuteris specifika förutsättningar. Några vägledande uppgifter<br />
lämnas dock här. Oxy-fuel utrustningar finns från cirka 150 000 kronor.<br />
I priset ingår brännare, flödespanel, flamövervakningssystem,<br />
dokumentation, processintrimning <strong>och</strong> intern el. Rör- <strong>och</strong> eldragning,<br />
extern leverans <strong>och</strong> montagearbete ingår inte. Kostnadsuppskattning har<br />
inte erhållits för luft-gasolutrustningen.<br />
Utifrån följande antaganden har ett gasolpris beräknats. Argus notering<br />
nov 2007, transportavstånd 100 km, cisternstorlek 26 ton <strong>och</strong><br />
årsförbrukning cirka 100 ton. Med dessa förutsättningar bedöms<br />
gasolpriset vara omkring 5 600 SEK/ton exkl. energi- <strong>och</strong><br />
koldioxidskatt.<br />
Om 50 ton gasol kan sparas per år blir kostnadsbesparingen omkring<br />
280 000 SEK/år. Utöver besparingen till följd av minskad<br />
gasolförbrukning tillkommer övriga potentiella vinster i form av ökad<br />
livslängd på skänkarnas infodringsmaterial, minskat temperaturtapp <strong>och</strong><br />
en jämnare avgjutstemperatur.<br />
Ett par enkla åtgärder som minskar behovet av förvärmning tillämpas på<br />
flera gjuterier. Åtgärderna är att under pauser hänga skänkarna upp <strong>och</strong><br />
ned eller att de placeras upp <strong>och</strong> ned i sand.<br />
Utvärdering av olika tekniker för torkning av skänkar<br />
Byte av infodringsmaterial i skänk<br />
I samband med torkning av en nyinfodrad skänk har en långsam<br />
uppvärmning sedan länge ansetts medföra ökad livslängd på skänken.<br />
Av de gjuterier som har installerat ny utrustning för<br />
torkning/förvärmning är det endast ett som har följt upp livslängden till<br />
följd av styrd torkning. Som redovisats i resultaten har livslängden mer<br />
än fördubblats på deras skänkar.<br />
Eftersom kostnaden för att infodra en skänk inte är obetydlig är<br />
livslängden på skänkarna ytterligare ett incitament för att ersätta<br />
konventionell utrustning. Detsamma gäller för det interna arbetet med<br />
infodring av skänkar som också minskar.<br />
Byte av infodring i skänken inkl. övriga åtgärder (lock <strong>och</strong> ny<br />
utformning av skänken) har förutom minskad energiförlust <strong>och</strong><br />
förvärmning även genererat andra fördelar.
SweCast AB 31<br />
Kvaliteten på gjutgodset har förbättrats till följd av lägre temperatur på<br />
järnet vid tappning <strong>och</strong> en jämnare temperatur under avgjutning.<br />
Kvaliteten har följts upp genom antalet reklamationer som har minskat<br />
med i storleksordningen 20 %.<br />
Livslängden på infordringen i skänken är densamma med Phlox<br />
(gammal infodring) som med Kaltek (ny infodring). Båda håller för<br />
cirka 220 smältor. Infodring med Kaltek är cirka 20-25 % dyrare än<br />
Phlox, men samtidigt krävs endast ¼-del så mycket arbete för infodring<br />
med Kaltek som med Phlox. Vidare minskar den totala tiden för<br />
infordring från fyra dagar med Phlox till en dag med Kaltek.<br />
En nackdel med Kaltek är att infodringen är skör, den tål till exempel<br />
inte att slagg slås bort med spett vilket Phlox klarar utan problem. Å<br />
andra sidan blir det mindre beläggningar vid infodring med Kaltek än<br />
med Phlox. Om infodringen spricker rinner smältan direkt ut till<br />
stålhöljet vid infodring med Phlox, medan bakomliggande<br />
infodringsmaterial förhindrar detta vid infodring med Kaltek. Om<br />
infodringen skadas är det möjligt att laga en infodring med Phlox medan<br />
en infodring med Kaltek måste muras om.<br />
Infodringen med Kaltek höll inte för påfrestningarna under segjärnsbehandling.<br />
Arbete pågår för att försöka lösa problemet. Ett alternativ<br />
som studeras är att skänken infodras med Phlox i botten <strong>och</strong> Kaltek på<br />
sidorna.<br />
Ytterligare erfarenheter från försöken är att det är lättare att inspektera<br />
<strong>och</strong> att mura om en traditionell gjutskänk än en gjutbola, samt att<br />
hanteringen med kvarts minskat vilket är positivt ur arbetsmiljösynvinkel.<br />
Kostnaden för infodring av skänken uppgår till cirka 4500 kr<br />
med Kaltek <strong>och</strong> 3500 kr med Flox. Eget arbete tillkommer om cirka 1/2<br />
dag för 2 pers med Flox <strong>och</strong> 1 timmes arbete med Kaltek.<br />
Figur 9 Nyinfodring <strong>och</strong> sintring av skänk med Kaltek<br />
När skänken är nyinfodrad räcker det att värma upp materialet <strong>och</strong><br />
antända det. Sintringen sker därefter under bildning av vätgas som håller<br />
lågan vid liv.
SweCast AB 32<br />
Optimal förvärmningstemperatur i skänk<br />
Ytterligare undersökningar<br />
Den optimala förvärmningstemperaturen har inte fastställt inom ramen<br />
för genomförda försök. Det som har konstaterats är att temperaturtappet<br />
är betydligt större när skänken förvärms till 800° C jämfört med när<br />
skänken är nyligen använd. Sannolikt är det därför lönsamt att förvärma<br />
skänken till mer än 800° C. Var brytpunkten går för den optimala<br />
förvärmningstemperaturen är dock inte fastställt.<br />
Under projektets gång har många frågor väckts varav många skulle vara<br />
intressanta att studera ytterligare. Nedan redovisas några av dessa frågor.<br />
I flera fall skulle det vara intressant att studera var brytpunkten går för<br />
när olika åtgärder är ekonomiskt lönsamma. Det gäller till exempel ökad<br />
energiförbrukning p.g.a effektnedstyrningar i förhållande till kostnaden<br />
för att öka effektabonnemanget <strong>och</strong> kostnadsbesparingen för god<br />
ytrenhet jämfört med kostnaden för att åstadkomma god ytrenhet,<br />
exempelvis genom blästring.<br />
Ytterligare ett sätt att minska energiförbrukningen är att använda<br />
isolerande matarinsatser i formen. Matare, d.v.s smält järn som inte är en<br />
del av detaljen behövs för att tillföra järn när metallen stelnar <strong>och</strong><br />
krymper. Matarinsatserna förlänger stelningstiden hos matarna. Genom<br />
att stelningstiden förlängs kan matarna göras mindre vilket får till följd<br />
att mindre järn behöver smältas i ugnen. Mindre smält järn medför<br />
självklart en energibesparing. Med hjälp av Foseco AB, som<br />
tillhandahåller isolerande matarinsatser har en uppskattning gjorts av<br />
besparingspotentialen vid användning av isolerande matare. Uppskattningen<br />
baseras på gjutgodsproduktionen i järn, stål- <strong>och</strong> metallgjuterier i<br />
Sverige, en energiförbrukning av cirka 650 kWh/ton, <strong>och</strong> har beräknats<br />
till 8,4 GWh. Det skulle vara intressant att verifiera effekten av<br />
isolerande matare samt undersöka i vilka applikationer de kan användas.<br />
Järnhalten i slaggen varierar sannolikt med den avslaggningsmetod som<br />
används. Ett gjuteri har så mycket järn i slaggen att det visat sig vara<br />
lönsamt att sälja den för upparbetning. Det skulle vara intressant att<br />
jämföra järnhalten i slaggen kopplat till avslaggningsmetod. Mindre järn<br />
i slaggen minskar även energiförbrukningen eftersom mindre material<br />
behöver smältas.<br />
Av genomförda försök har det framkommit att skänkens utformning<br />
påverkar energiförlusterna i skänken. Genom att optimera skänkars<br />
utformning skulle temperaturtappet kunna minimeras.<br />
Optimal förvärmning av skänkar har delvis undersökts. Det har dock inte<br />
fastställts var brytpunkten för den optimala förvärmningstemperaturen<br />
är. När går det åt mer energi för att förvärma skänken än för att överhetta<br />
smältan?
SweCast AB 33<br />
Nya högisolerande infodringsmaterial bedöms kunna medföra betydande<br />
förbättringar både genom energibesparingar men också genom att en<br />
jämnare avgjutstemperatur erhålls <strong>och</strong> därigenom en bättre kvalitet på<br />
gjutgodset. Ett problem är att dagens högisolerande infodringsmaterial är<br />
sköra <strong>och</strong> känsliga för slag. Utveckling <strong>och</strong> förbättring av högisolerande<br />
infodringsmaterial skulle vara intressant att arbeta vidare med.<br />
Erfarenheter från gjuterier som börjat styra torkningen av nyinfodrade<br />
skänkar visar en kraftigt ökad livslängd på infodringarna. Det skulle vara<br />
intressant att försöka optimera sintringsförloppet i nyinfodrade skänkar.<br />
Knäckning <strong>och</strong> krossning av ingjutssystem m.m. bedöms successivt bli<br />
vanlig framöver. Försök med olika utrustningar <strong>och</strong> material för att<br />
påskynda implementeringen bedöms vara värdefullt för branschen.<br />
För förvärmningsutrustningar avsedda för mycket stora skänkar (100<br />
ton) finns teknik där utgående luft används till att förvärma ingående<br />
luft. Tekniken tillämpas inte på utrustningar till de skänkar som gjuterier<br />
normalt använder. Meningarna går isär om huruvida detta är möjligt att<br />
lösa. Försök med förvärmning av ingående luft på små utrustningar<br />
skulle vara intressant att genomföra.<br />
Förvärmning av skrot kunde inte genomföras inom ramen för<br />
föreliggande projekt. Diskussioner har bland annat förts med AGA som<br />
har vissa erfarenheter av förvärmning. Det finns även en metod som<br />
utvecklats i Kanada (se Foundry Trade Journal, mars 2000) som bygger<br />
på förvärmning med hjälp av gas. Metoden är uppbyggd kring fyra<br />
skänkar på ett roterande bord. Första skänken fylls med skrot, andra<br />
förvärms, tredje töms i ugnen <strong>och</strong> den fjärde väntar på att fyllas.<br />
Förvärmning gjordes till omkring 550° C. Förutom ökad produktivitet<br />
<strong>och</strong> minskade emissioner erhölls en energibesparing på 15 %.
SweCast AB 34<br />
6 REFERENSER<br />
ABP Induction AB, Jan Thulin, 0223-231 35.<br />
Josef Piejko, Karlebo Gjuteriteknik AB, 08-566 313 00.<br />
Inductotherm Corporation, Graham Cooper, +44 1905 795100.<br />
Otto Junker GmbH, Presentationsmaterial, Swedish Foundrymen´s<br />
Association, 10-11 march 2005.<br />
Casting Plant & Technology, nr. 3 2007, sid. 16-20, Optimizing energy<br />
efficiency – Affilips Counts on Parallel Difference Power Control.<br />
Electric furnace conference proceedings. 1994. Optimum practice for<br />
coreless inducition melting of iron and steel casting alloys.<br />
Energy Engineering. Vol. 100, No. 2 2003. Opportunities for Foundry<br />
Energy Conservation Based on Selected Case Studies. The University of<br />
Tennessee. Knoxville, Tennessee.<br />
Foseco. Foundry Practice. Issue 236. A new concept in molten metal<br />
handling for ferrous foundries.<br />
Foundry Trade Journal. March 2000. Cutting costs through scrap preheating.<br />
Gjuteriteknisk handbok, ISBN 91-631-6158-3.<br />
Metalurgija nr 45 (2006) 2, 93-96. Monitoring and prediction of the<br />
liquid steel temperature in the ladle and tundish.<br />
Modern Casting. November 2001. Surviving the Energy Crisis in Your<br />
Induction Melt Shop.<br />
Modern Casting. Maj 2006. Variables Identified for Optimal Coreless<br />
Induction melting.<br />
New Technology Implementation In Metallurgical Processes, COM<br />
2002. J.P. Kapusta, m.fl. Improvement and optimization of scrap<br />
preheating.<br />
Preem.se, Effektivt värmevärde <strong>och</strong> densitet för gasol.<br />
SGC. Gasbranschens miljöhandbok, juni 1999.<br />
The Foundrymen. June 1992. Energy consumption in iron foundry<br />
coreless induction furnaces.<br />
The Foundrymen. July 1995. Best melting practice in medium frequency<br />
coreless induction furnaces.
SweCast AB 35<br />
ÄMNESOMRÅDE<br />
SÖKORD<br />
Energieffektiv <strong>smältning</strong><br />
Energieffektiv förvärmning av skänkar<br />
Chargeordning<br />
Effektstyrning<br />
Elektrisk<br />
Energi<br />
Energibesparing<br />
Energieffektiv<br />
Förvärmning<br />
Gasol<br />
Infodring<br />
Luft-gasol<br />
Oxyfuel<br />
Packningsgrad<br />
Produktionsplanering<br />
Skänk<br />
Smältning<br />
Ugnskörning<br />
Ytrenhet