GFB - Green Factory BAVARIA

Steigerung der Energieeffizienz im Schmelzbetrieb der Metallindustrie

Zielsetzung

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines softwarebasierten Managementsystems „Smart Melting“ zur Steigerung der Energieeffizienz und Nutzung des Speicherpotentials im Schmelzbetrieb der Metallindustrie.



Problemstellung

Ein typischer Gießerei-Betrieb für Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium) besteht aus einem Schmelzbetrieb und nachgeordnetem Gussbetrieb. Dabei fordert der Gussbetrieb flüssiges Aluminium vom Schmelzbetrieb (Pull-Prinzip). Nachfrageschwankungen, hervorgerufen durch Störungen/Stillstände, führen zu Störungen in der Betriebsweise des Schmelzbetriebes und in der Folge zu einer ineffizienteren Betriebsweise. Diesem Verhalten kann durch verschiedene Maßnahmen begegnet werden: Schaffung von Überkapazität im Schmelzbetrieb, Erhöhung der Flüssig-Metallspeicher oder Einführung einer übergeordneten Regelung. Zur Gewährleistung einer effizienten Betriebsweise der Schmelzöfen ist es das Ziel, eine möglichst konstante Betriebsweise nahe dem Auslegungspunkt zu erreichen. Daher ist die Einführung einer überordneten Regelung (Prozessmanagement) die einzig effektive und zuverlässige Methode.



Lösungsansätze

Nutzung des Energieeffizienzpotentials infolge der Nachfrageschwankungen im Produktionsprozess durch Einführung eines Prozessmanagementtools für den Schmelzbetrieb (Smart Melting). 3-stufige Vorgehensweise: Prozessanalyse, simulationsgestützte Konzeptentwicklung der Prozesssteuerung, Potentialanalyse.





Ergebnisse

Zur Untersuchung anlagen- und prozesstechnischer Parameter wird der Einsatz simulationsgestützter Methoden notwendig. Denn ein Eingriff in die Produktion oder der Austausch von Anlagen/Komponenten zu Untersuchungszwecken ist nicht möglich. Daher wurde ein hybrides dynamisches Prozessmodell der Wertschöpfungskette Schmelzen-Gießen entwickelt, mit dessen Hilfe die kontinuierlichen Prozesse (bspw. Schmelzprozess) und ereignisdiskreten Prozesse (bspw. Transport von Flüssigaluminium) modelliert und analysiert werden können. Im ersten Schritt wurde eine Untersuchung grundlegender Prozessgrößen wie z.B. die Schmelzleistungsverteilung (siehe Abb. rechts) oder das Potential einfacher Prozessregeln (siehe Tab. links) betrachtet. Es zeigt sich, dass diese grundlegenden Parameter einen signifikanten Einfluss auf das Prozessverhalten der Schmelzöfen aber auch der Druckgussmaschinen besitzen und daher näher zu untersuchen sind.





Publikationen

  • Hybride Simulation des Materialflusses in Aluminium-Druckgussbetrieben, ASIM-Workshop STS/GMMS 2014, Reutlingen
  • Entwicklung einer Fertigungssimulation für einen Schmelz- und Druckgussbetrieb zur Steigerung der Energieeffizienz und Prozesssicherheit, ASIM 2014 22. Symposium Simulationstechnik, Berlin
  • Basic Investigation on Melting Operations in the Die Casting Industry to Increase Manufacturing Efficiency and Process Reliability, Applied Mechanics and Materials, Vol. 655, 2014
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