Aalener Gießerei Kolloquium 2009 - VÖG - Verein österreichischer ...

HEFT 5/6 GIESSEREI-RUNDSCHAU 56(2009)
schiedliche Verfahren zum Einsatz. Die wichtigsten Varianten sind die
Raffination von metallurgischem Silizium sowie die Herstellung des
Reinsiliziums durch carbothermische Reduktion unter Verwendung
hochreiner Rohstoffe [4].
Die meisten der zurzeit als bedeutsam angesehenen Verfahren zeichnen
sich jedoch dadurch aus, dass in bestimmten Verfahrensschritten
die Verwendung von Induktionstiegelöfen prozesstechnisch erforderlich
ist.
Von namhaften Herstellern wurde vor diesem Hintergrund an die
Fachleute von OTTO JUNKER die Aufgabenstellung herangetragen,
für die Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silizium eine geeignete,innovative
Schmelzofentechnik zu entwickeln. Besondere Anforderungen
ergeben sich hierbei aus der geforderten Reinheit des Siliziums,
aus den elektrischen Eigenschaften des Materials, aus dem sehr
hohen Energiebedarf, der zum Schmelzen erforderlich ist (viermal höher
als z. B. für Gusseisen bzw.Aluminium) sowie aus der konstruktiven
Einbindung in zum Teil sehr komplexe Gesamtanlagen. Speziell
der Umstand, dass der Halbleiter Silizium im festen Zustand nicht leitfähig
ist, in der flüssigen Phase jedoch eine gute elektrische Leitfähigkeit
aufweist, erfordert sehr spezielle technologische Lösungen. Die
induktive Schmelztechnik bietet sich für diese Aufgaben aufgrund
ihrer Flexibilität und ihrer verfahrenstechnischen Vorteile an.
In Zusammenarbeit mit den Partnern wurden in zahlreichen Versuchen
spezielle Induktionsschmelzanlagen sowie Verfahren konzipiert
und optimiert. Die ersten Anlagen befinden sich bereits im industriellen
Einsatz.
Einsatz von großen Induktionstiegelöfen
Große Induktionstiegelöfen gab es bereits in der Zeit, als die Leistungseinspeisung
ausschließlich mittels Netzfrequenz-Schaltanlagen erfolgte.Allerdings
war die Leistungsdichte limitiert und bei Ofengrößen
über 30 t(bezogen auf Gusseisen) dienten die Öfen fast ausschließlich
zum Warmhalten und Speichern des flüssigen Metalls. Die verfahrenstechnischen
Merkmale der Netzfrequenz-Stromversorgung haben
die Einsatzmöglichkeiten zum Schmelzen zusätzlich begrenzt [5].
Mit der Entwicklung der Umrichtertechnologie auf Thyristorbasis für
die Mittelfrequenztiegelöfen war die technische Grundlage auch für
den Einsatz großer Induktionsöfen zum Schmelzen geschaffen worden.
Dominierten im letzten Jahrzehnt Anlagen mit Ofengrößen im
Bereich von 12bis 16 tFassungsvermögen (bezogen auf Gusseisen),
so gibt es zunehmend interessante Einsatzgebiete für wesentlich größere
Ofenanlagen. Dazu nachstehend zwei Beispiele.
OTTO JUNKER-Schmelzanlage für die Herstellung
von Gussteilen für Windkraftanlagen
Für die Herstellung großer Bauteile vonWindkraftanlagen (Turbinengehäuse,Getriebegehäuse
etc.) in der neuen Gießerei der PROKON
Nord Energiesysteme GmbH war eine maßgeschneiderte Schmelzanlage
bereitzustellen.
Da die Bauteile der Windkraftanlagen teilweise sehr groß sind, musste
ein Konzept gewählt werden, das das Schmelzen und Speichern einer
großen Gusseisenmenge ermöglicht und eine hohe Flexibilität
aufweist.
Die neue Schmelzanlage besteht aus 2Öfen mit einem Fassungsvermögen
von jeweils 40 Tonnen. Die Nennleistungsaufnahme beträgt
10.000 kW, die Nennfrequenz liegt bei 150 Hz. Die stufenlose Leistungsverteilung
DUOMELT ermöglicht u. a. das gleichzeitige Schmelzen
und Warmhalten in beiden Öfen.
Die gesamte Einsatzmenge eines Ofens von 40Tonnen kann in
125 Minuten geschmolzen und bis auf eine Temperatur von 1.500 °C
gebracht werden. Daraus ergibt sich eine Schmelzleistung von fast
20 t/h. Hierbei sind auftretende Neben- und Leerzeiten nicht berücksichtigt.
Damit die Netzrückwirkungen möglichst niedrig sind, wird die Schaltanlage
24-pulsig ausgeführt.
Die Öfen mit einem lichten Durchmesser von fast 2merhalten eine
Einrichtung zum Rückwärtskippen bis zu einem Winkel von 20°,um
die Arbeit des Schmelzers zuerleichtern.
Die Ausstattung der Öfen mit in zwei Richtungen hydraulisch kippbaren
Absaughauben gewährleistet die vollständige Erfassung der Ofengase
in den verschiedenen Arbeitspositionen (Bild 7).
Bild 7: 40-t-Ofen mit geöffneter Absaughaube
Der Schmelzprozessor (Bauart OTTO JUNKER –JOKS) wird mit einer
Zweitbedienung ausgerüstet, so dass die Kontrolle und Steuerung
der Öfen auch außerhalb der Ofenbühne möglich ist. Für die
Überwachung der Spulen kommt das oben erwähnte Tiegelüberwachungssystem
OCP mit eigenem Rechner zum Einsatz.
Zur kompletten Schmelzanlage gehört eine Wasserrückkühlanlage
auf Basis des patentierten frostsicheren, glykolfreien Luftkühlersystems
von OTTO JUNKER.
Betragen die Außentemperaturen mehr als 30 °C, sowird über einen
Zusatzplattenwärmetauscher, der mit Betriebswasser arbeitet,
das Wasser auf die erforderliche Rücklauftemperatur abgekühlt.
Die Auslieferung der Anlage ist im Herbst 2008 erfolgt, zum Zeitpunkt
der Erstellung dieses Berichtes war die Inbetriebnahme der
Anlage abgeschlossen.
Größter Aluminium-Mittelfrequenztiegelofen
Die neue Ofenanlage für Alcan Deˇčˇ ín in der Tschechischen Republik
hat ein Fassungsvermögen von 13,5 tAluminium –das entspricht
den Abmessungen eines 36-t-Ofens für Gusseisen. OTTO JUNKER
hat in den letzten Jahren etliche sehr große und leistungsstarke Mittelfrequenztiegelöfen
zum Schmelzen von Aluminium an namhafte
Kunden geliefert, so z. B. an Impol (Slowenien), Comital (Italien),
Rhenalu (Frankreich) und andere.Die Anlage für Deˇčˇ ín ist jedoch mit
einer Höhe des Ofenkörpers von über 4mund einer Breite von
3,6 mdie bisher größte ihrer Art.
Der Ofen ist für das Schmelzen von Spänen, Rohren und Profilen,
Pressresten und Resten von gegossenen Bolzen sowie Masseln vorgesehen
und wird vorzugsweise mit einem Sumpf von 2,5 tbetrieben.
Mit der modernen Umrichteranlage, die eine Nennleistung von
4.000 kW hat und mit einer Frequenz von 85Hzarbeitet, können bis
zu 7,7 Tonnen Aluminium pro Stunde bis auf eine Temperatur von
750 °C geschmolzen werden. Der Ofen ist mit Schwingungssensoren
ausgerüstet, die eine tiegelschonende Fahrweise ermöglichen. Werden
von den Schwingungssensoren nennenswerte Vibrationen des
Tiegels detektiert, die eventuell zu einer Beschädigung der Zustellung
führen könnten, wird über den Schmelzprozessor (Bauart JOKS) automatisch
die elektrische Leistung so weit reduziert, bis die Vibrationen
unterhalb des zulässigen Grenzwertes liegen.
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