Verbesserung von Umwelt und Arbeitssicherheit beim Einsatz von exothermen Blockabdeckungen

Bei der Behandlung von Blockguss mit exothermem Pulver gelten hohe Sicherheitsanforderungen im Gießbetrieb. Ingenieure der Schmiedewerke Gröditz GmbH, ein Unternehmen der GMH Gruppe, haben mit Hilfe von MAGMASOFT® herausgefunden, dass der Ersatz des Blockkopfpulvers von einem hochexothermen Pulver durch ein exothermes blähendes Mittel einige Vorteile mit sich bringt. Die Änderung der Blockkopfbehandlungstechnologie ist sinnvoll, um Gussblöcke wirtschaftlich und sicher in der geforderten Gussblockqualität produzieren zu können.

Der Einsatz des hochexothermen Pulvers birgt für das Stahlwerk oft Risiken wie starke Reaktivität sowie enorme Hitze- und Staubentwicklung. Dadurch kann die Arbeitssicherheit im Gießbetrieb beeinträchtigt werden. Ein weiteres Problem sei die oftmals ungleiche Verteilung des Pulvers auf dem verlorenen Kopf, das eine fehlerhafte Qualität des Gussblocks zur Folge haben kann. Außerdem wurde deutlich, dass durch Einsatz von Hochexothermie ein Primärlunkeransatz nicht immer verhindert wird. Zudem ist das Risiko von Mikroporosität oder selektiven Lunker gegeben (Bild 1).

Bild 1: Verlauf der Erstarrungsfront und die Fadenlunkerausbildung bei einer nichtrostenden Stahlgüte.

Bild 1: Verlauf der Erstarrungsfront und die Fadenlunkerausbildung bei einer nichtrostenden Stahlgüte.

Anhand der Simulation mit MAGMASOFT® konnten die Schmiedewerke Gröditz die Wirkung von alternativen Pulvern an Blockhauben vor einem realen Versuch virtuell untersuchen. Die Simulation des Gieß- und Erstarrungsvorgangs und der Blockkopfbehandlung mit MAGMASOFT® half, die Technologie zu modifizieren. Vorab wurde der Einsatz des exothermen blähenden Pulvers überprüft, indem der Ist-Zustand analysiert und eine empirische Untersuchung im Stahlwerk zur Brenndauer und des Brennverhaltens der beiden Alternativen für einen nichtrostenden Stahl durchgeführt wurde. Um verlässliche Daten für die Simulation zu erhalten, wurden die Energiemenge aus den Reaktions- bzw. Bildungsenthalpien berechnet und die Brenndauer sowie Zündtemperatur aus Beobachtungen ermittelt. Das hochexotherme Pulver wies dabei während einer Brenndauer von 60 Sekunden eine hohe Energiefreisetzung auf. Im Vergleich dazu setzte das exotherme, blähende Pulver weniger Energie frei, allerdings bei einer Brenndauer von 30 Minuten. Mit Hilfe der Simulation konnte der Anwender erkennen, dass die Wahrscheinlichkeit vorhandener Mikroporosität sowie Lunkerbildung bei der Nutzung des hochexothermen Pulvers sogar noch größer ist.

Die Ergebnisse der Berechnungen von MAGMASOFT® bestätigen ebenfalls den positiven Einfluss der Brenndauer, da das langsam brennende Pulver (siehe Bild 2) einen gleichen oder besseren Einfluss auf die Erstarrung hat als ein schnell brennendes Pulver, trotz einer geringeren Energiefreisetzung. Auf Grundlage der virtuellen Experimente mit MAGMASOFT® wurde die modifizierte Blockkopfbehandlungstechnologie an ausgewählten Blöcken in der Produktion umgesetzt. Das Resultat war positiv: Auch unter realen Bedingungen konnten sehr gute Ergebnisse bei den Versuchsblöcken erzielt werden. Unter anderem wurde die Hitze- und Staubentwicklung mittels der exothermen Methode verringert und damit die Arbeitssicherheit im Gießbetrieb verbessert. Im Vergleich zur Ausgangssituation bedeutet die neue Anwendung nicht nur einen wesentlichen Kostenvorteil, sondern erzielt auch deutliche Verbesserungen in der Gussblockqualität. Durch die systematische Untersuchung unterschiedlicher Maßnahmen konnten die Experten von Schmiedewerke Gröditz die Grundlage für eine erfolgreiche Serienfertigung mit der neuen Blockkopfbehandlungstechnologie legen.

Bild 2: Mit Hilfe der Simulation konnte der Anwender erkennen, dass die Wahrscheinlichkeit vorhandener Mikroporosität sowie Lunkerbildung beim verwendeten hochexothermen Verfahren größer ist.

Bild 2: Mit Hilfe der Simulation konnte der Anwender erkennen, dass die Wahrscheinlichkeit vorhandener Mikroporosität sowie Lunkerbildung beim verwendeten hochexothermen Verfahren größer ist.

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