Aufgrund der hohen Affinität zu Sauerstoff kommt es beim Schmelzen von Aluminiumlegierungen zu Abbrandverlusten. Mit der Verwendung von gasbeheizten Schmelzöfen können diese Verluste deutlich minimiert werden, da Gasbrenner eine an Sauerstoff reduzierte Atmosphäre erzeugen. Dennoch können auch hier die oxidativen Metallverluste bis zu ein Prozent betragen. Zudem liegt bei starrer Brenneranordnung eine Schmelzzeitdifferenz zwischen brennernahen und brennerfernen Gebieten vor, welche nur durch den aufwändigen und kostenintensiven Einsatz zusätzlicher Brenner vermieden werden kann. Im Rahmen des Kooperationsprojektes EDUSAL soll ein innovatives dynamisches Brennersystem entwickelt werden um die Schmelzzeitdifferenz zu eliminieren und mittels unterstöchiometrischer Brennereinstellung eine sauerstofffreie Atmosphäre einzustellen und den Materialabbrand weiter zu minimieren.
Bild 1: Erweiterung des Schmelzbereichs durch dynamischen Brenner
Am Gießerei-Institut wurde dazu ein Versuchsofen mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet um wichtige Kenngrößen hinsichtlich des Schmelzprozesses und der Ofenatmosphäre zu erfassen. Über einen mobilen Messstand können zudem an verschiedenen Positionen des Ofens Daten zur Gaszusammensetzung gesammelt werden, wodurch die Bedingungen im Schmelzbereich beschrieben werden können. Dabei wurde festgestellt, dass diese im Schmelzbereich stark variieren und auch bei einer unterstöchiometrischen Brennereinstellung (λ<1) noch Bereiche mit Sauerstoff existieren. Zudem steigen mit einer Verringerung des Lambda-Wertes sowohl die Luftfeuchtigkeit als auch die CO-Emissionen. In Aufheizversuchen mit einer Stahlvergleichskontur, welche äquivalente thermodynamische Eigenschaften wie ein Aluminiummasselpaket aufweist, konnte eine Verkürzung der Schmelzzeit in brennernahen Bereichen um etwa 15 % beobachtet werden.
Die am Ofen ermittelten Gaszusammensetzungen sollen in thermogravimetrische Untersuchungen implementiert werden. Vorversuche ergaben, dass sich durch der oxidativ bedingte Materialabbrand durch eine unterstöchiometrische Brennereinstellung auf etwa 0,15 % verringern lässt. Hierbei muss noch der Einfluss der Luftfeuchtigkeit und der hohen Kohlenmonooxidgehalte untersucht werden. Insbesondere Letztere lassen die Möglichkeit einer gestuften Verbrennung in Betracht ziehen, wodurch eine gezielte Nachverbrennung außerhalb der Schmelzzone die CO-Emissionen verringert werden können ohne zusätzlichen Sauerstoff in den Schmelzbereich zu initiieren.
