Energieeffizienz in der Aluminium-Druckgussindustrie
In Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern pressmetall Gunzenhausen GmbH, ZPF GmbH und dem Bundesverband der deutschen Gießerei-Industrie (bdguss) wurde an der Hochschule Ansbach ein Demonstrator zur simulationsgestützten Analyse von Energieeffizienzmaßnahmen entwickelt, in dem ein beliebig konfigurierbarer Schmelz- und Druckgussbetrieb virtuell abgebildet werden kann.
Die Produktion von Nichteisen-Gussteilen ist aufgrund der Automobilbranche insbesondere für den Industriestandort Bayern von großer Bedeutung. In Bayern sind nach Angaben vom Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie zwölf Aluminiumschmelz- und Druckgussbetriebe angesiedelt. Für die Abschätzung des Einsparpotenzials in Bayern wird angenommen, dass neun dieser Betriebe ausschließlich mit gasbefeuerten Schmelzeinrichtungen arbeiten und eine durchschnittlichen Betriebsgröße von 25.000 Tonnen guten Guss pro Jahr aufweisen, was eine Gesamtmenge von 225.000 Tonnen guten Guss ergibt. Bei einem Energieverbrauch von 2.000 kWh/t führt dies zu einem Energieverbrauch von 450 GWh/a und Energiekosten von 15,6 Millionen Euro/a. Ausgehend hiervon sollte ein Demonstrator zum Aufzeigen von Einspar- und Verbesserungspotentialen von Energieeffizienzmaßnahmen in den Betrieben entwickelt werden. Dazu wurde im Rahmen des Projektes ein beliebig konfigurierbares Simulationsmodell von Schmelz und Druckgussbetrieben aufgebaut. Mit dem Simulationsmodell wurden folgende Maßnahmen identifiziert und simulativ untersucht:
Verbesserte Beschickungsstrategie der Schmelzöfen: Die Optimierung der Beschickungsvorgänge zielt auf eine Steigerung der Energieeffizienz des Schmelzvorgangs ab. Hierzu wird ein dauerhaft hoher Füllstand des Ofen-Schmelzschachts gewährleistet, um eine optimale Wärmeübertragung zwischen Rauchgas und Aluminium zu erreichen.
Materialvorwärmung: Durch die Nutzung der in den Schmelzofen-Abgasen enthaltenen Restwärme wird das feste Aluminium auf 300 °C erwärmt. Die nötige Energie zur Erwärmung im Schmelzofen wird dadurch bereits im Vorfeld deutlich reduziert, was in einer gesteigerten Schmelzrate resultiert.
Verbesserte Belieferung der Druckgussmaschinen: Die Belieferung der Druckgussmaschinen erfolgt derzeit in zahlreichen Schmelz- und Druckgussbetrieben noch mithilfe rudimentärer Strategien (feste Reihenfolge, Kenntnis einzelner diskreter Füllstandniveaus). Durch die Erfassung des relativen Füllstands sämtlicher Maschinen, kann eine bedarfsgerechte Belieferung erfolgen, wodurch sich die Dauer der durch Aluminium-Mangel entstehenden Ausfälle deutlich senken lässt.
Es wurde simulativ gezeigt, dass der spezifische Energieverbrauch [kWh/t] um bis zu 25 % gesenkt werden konnte, während die OEE (Gesamtanlageneffektivität) um bis zu 3 % gestiegen ist. Darauf aufbauend wurde in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern pressmetall Gunzenhausen GmbH, ZPF GmbH und dem Bundesverband der deutschen Gießerei-Industrie (bdguss) ein Online-Demonstrator erstellt. Mit diesem kann die Wirksamkeit der Energieeffizienzmaßnahmen für drei typische Betriebe verschiedener Größe aufgezeigt werden.
