Reinigung und Wartung sind der Schlüssel zur Verlängerung der Lebensdauer von Geräten

Jul 03, 2023

Die Sauberkeit und gute Wartung von Nichteisen-Gießereiöfen, damit sie wie vorgesehen funktionieren, fördert Faktoren, die den Herstellern am meisten am Herzen liegen: Produktqualität, Prozess- und Gießereieffizienz, lange Lebensdauer der Investitionsausrüstung und das Endergebnis.

Allerdings gehen Reinigungs- und Wartungsarbeiten oft verloren, wenn langjährige Mitarbeiter in den Ruhestand gehen, das verbleibende Personal eine hohe Fluktuation hat und das Produktionsvolumen hoch ist – eine Zeit, in der ein sauberer, gut gewarteter Ofen am wichtigsten ist.

Die Verantwortung für die Metallqualität liegt direkt auf den Schultern des Managements, sagt David W. White, Miteigentümer von D and S Consulting LLC, Springboro, Ohio. Die Führung muss sicherstellen, dass ihre Mitarbeiter über die entsprechende Schulung und die entsprechenden Ressourcen verfügen, um sauberes Aluminium, das frei von Wasserstoff und Einschlüssen ist, pünktlich und bei der richtigen Temperatur zu liefern. Die Nachfrage der Kunden bestehe nach qualitativ hochwertigen Gussteilen, fuhr White fort. Wenn die Manager also in Bezug auf Schulung und Ressourcen lax seien, würden die Ausschussraten tendenziell steigen. Wenn die Gießereien wie in den letzten Jahren mit Arbeit überlastet sind, verstärkt sich dieser Aufwärtstrend bei der Zahl der Ausschussteile.

Insbesondere nach Aluminium, dem in Nichteisengießereien am häufigsten verarbeiteten Metall, sei in den letzten Jahren aufgrund des Marktes für Elektrofahrzeuge und des Immobilienbooms ein Anstieg der Nachfrage zu verzeichnen, erklärt White.

„Wenn Sie sich Ihr Haus ansehen, sind dort wahrscheinlich durchschnittlich 22 Elektromotoren verbaut“, sagte White. „Schauen Sie sich um und sehen Sie all die Ventilatoren und alles, was mit einem Elektromotor funktioniert. Diese Motorrotoren sind alle aus Aluminium gegossen.“

Ein weiterer Grund für die Notwendigkeit einer guten industriellen Hygiene besteht darin, dass Aluminiumbäder ein Problem in Bezug auf Sauberkeit und Wartung aufweisen.

„Einer der größten Faktoren, insbesondere beim Schmelzen von Aluminium, besteht darin, dass sich leicht Aluminiumoxid auf dem feuerfesten Material (Auskleidung) des Ofens ablagert und dieses durch die Nähte kriecht“, sagt Kelley Shreve, Geschäftsführerin des Gießereiofenherstellers Thermal Product Solutions LLC, Riverside, Michigan, firmierend als Lindberg/MPH. „Wir mussten Öfen austauschen, weil wir das Aluminiumoxid nicht einmal mit einem Presslufthammer herausbekommen konnten.“

White bezeichnet Aluminiumoxid aufgrund seines Wachstums und seiner Ausbreitung in der Ofenauskleidung als „Krebs“.

„Neuzustellung ist einer der teuersten Posten im Budget einer Gießerei oder eines Druckgussbetriebs“, schrieb White kürzlich in einem Artikel in der Zeitschrift Foundry Management & Technology. „Manche geben Hunderttausende Dollar für feuerfeste Auskleidungen aus, stellen aber nicht jeden Tag eine weitere Person ein, die den Ofen reinigt – was bei Aluminiumschmelzöfen notwendig ist.“

Die Kosten für eine Neuzustellung können 50–60 % des ursprünglichen Ofenpreises betragen. Ein Gießereischmelzer kann zwischen fünf und siebenstellig sein.

Um die Reinigung der Schmelz- und Warmhalteöfen sowie der sie verbindenden Rinne auf Kurs zu halten, schlägt White die Schaffung eines Anreizprogramms vor, das auf jedem Dollar basiert, der durch Schmelzverluste und feuerfeste Auskleidung eingespart wird. Dies fördere nicht nur die Sauberkeit, sagte er, es dürfte auch zu einer längeren Lebensdauer der Öfen führen.

Es gibt jedoch auch andere Standpunkte.

„Einige Orte werden jedes Jahr ihre Öfen abschalten, egal was passiert, um das durchzuführen, was sie eine Kaltreinigung nennen würden“, bemerkt Ross Lee, Präsident der in Detroit ansässigen Schad Refractory Construction Co. „Und es gibt verschiedene Philosophien: ‚Hey, lasst uns einfach länger produzieren. Wir wissen, dass wir diese Probleme verursachen und unsere Auskleidungen auffressen, aber wir wollen einfach so viele Tonnen Metall wie möglich aus diesem Ding herausholen. Wir wollen nicht jedes Jahr dafür den Betrieb einstellen und dafür Geld ausgeben. Lasst uns das Ding einfach ein paar Jahre lang missbrauchen und wissen, dass es nicht mehr so ​​lange halten wird, und dann werden wir es ersetzen.‘“

Für diejenigen, die den Rat von White nicht beherzigen: Sichtbar beschädigtes oder kaputtes Feuerfestmaterial, Oxidablagerungen und ein fehlender Schmelzbruch sind Anzeichen dafür, dass eine Neuzustellung fällig ist.

Möglicherweise ist sogar ein Hinweis auf der Außenhülle des Ofens sichtbar. „Das deutet darauf hin, dass ein Teil des Feuerfestmaterials fehlt“, so Don Kublick, technischer Leiter bei Lindberg/MPH. „Entweder große Stücke feuerfesten Materials oder große Risse, die sich geöffnet haben, erzeugen Hotspots, die sogar eine rote Farbe haben.“

White empfiehlt, alle drei Monate die Temperatur an den gleichen Stellen an der Außenhülle des Ofens zu messen. Wenn die Temperaturwerte zu steigen beginnen, ist es an der Zeit, den Zustand des feuerfesten Materials zu überprüfen.

Der Neuzustellungsprozess beginnt mit einem Reißtrupp, der mit pneumatischen Handpresshämmern bewaffnet ist, um die Ofenauskleidung aufzubrechen. Für Oxidablagerungen, die ein Presslufthammer nicht mechanisch entfernen kann, kann laut Kublick eine Sauerstoff- oder Magnesiumlanze verwendet werden, die eine thermochemische Reaktion nutzt.

Sobald das feuerfeste Material abtransportiert ist, die Struktur des Ofens inspiziert und etwaige Reparaturen durchgeführt wurden, kann mit der Installation des neuen feuerfesten Materials begonnen werden. Bei der Kaltseite oder Isolierschicht kann es sich um Schichten aus Vliesstofffasern, Platten und isolierenden Schamottsteinen (IFB) handeln, alle aus Keramik. Die Platte kann auch aus Vermiculit bestehen.

Kublick betonte, dass die Kaltfläche nicht nur die von einem Gas- oder Elektrobrenner erzeugte Wärme optimal nutzt, sondern auch die Sicherheit erhöht. Hochwertige Isoliermaterialien sind erhältlich und bieten möglicherweise bessere Isoliereigenschaften, höhere Vorabkosten, die Geld bei den Energieausgaben sparen können.

„Das ist definitiv eine Diskussion, die geführt wurde, was hochwertige Materialien entweder für die heiße Fläche oder zur Reduzierung von Verschleiß und Oxidwachstum betrifft“, sagt Kublick. „Es gibt einige höherwertige, mikroporöse feuerfeste Platten, die bessere Isoliereigenschaften bieten.“

Sobald die Kaltfläche installiert ist, werden temporäre Formen eingefügt, um die Heißfläche zu erzeugen. Die Formen können aus wiederverwendbarem Stahl oder vor Ort aus Holz hergestellt werden. Anschließend wird eine gießbare, auf Aluminiumoxid basierende Mischung aus trockenem Material und Wasser in einem Verhältnis, das die Konsistenz von Zement erreicht, in die Form gegossen oder gepumpt. Diese Mischung oder monolithisch hat eine Aushärtezeit von 75-125 Stunden.

Während die Konsistenz von Zement vor dem Aushärten monolithisch ist, „ist es viel mehr High-Tech als ein traditioneller Zement, den man für architektonische (Zwecke) verwenden würde“, sagt Kublick.

Lee stimmt dem High-Tech-Charakter der Materialien zu. Der Wettbewerb treibt Materialhersteller dazu, „Produkte zu erforschen, zu entwickeln und auf den Markt zu bringen, die weniger kosten, länger halten, schneller installiert werden können und schneller trocknen“, stellt er fest.

Ein Rundgang durch Schads riesige Lager- und Fertigungshallen mit Lee zeigt das Ausmaß der Unterschiede zwischen den feuerfesten Produkten. Auf Paletten sind Säcke aus verschiedenen monolithischen Mischungen, eine große Auswahl an Decken und Ziegeln sowie Platten unterschiedlicher Dichte gestapelt.

Obwohl der Einsatz von feuerfesten Steinen in Nichteisenöfen zurückgeht, sieht Lee immer noch Vorteile in deren Einsatz.

„Die Eigenschaften sind viel gleichmäßiger, weil sie in einer Fabrik hergestellt werden“, sagt er. „Wenn man den Ziegel bekommt, weiß man, dass er richtig gemischt wurde, die richtige Chemie stimmt und er ausgetrocknet oder gebrannt ist. Wenn Sie das Monolith mischen, wird das Wasser in der Anlage (Gießerei) hinzugefügt, die Temperatur des Materials ist variabel, die Temperatur des Wassers ist variabel, die Abbindezeit könnte eine Variable sein.“

Einige Kunden von Schad verlangen, dass eine Sonde oder ein Thermoelement in den nassen Monolithen eingeführt wird, damit sie sehen können, wie sich die Wärme beim Trocknen durch die Auskleidung bewegt.

Als Alternative zum Einbau einer Form und der Verwendung eines nassen Monolithen, der vor Ort trocknen muss, kann die heiße Fläche auch außerhalb des Standorts hergestellt werden, um die Produktionsunterbrechung in einer Gießerei zu minimieren, wie es zwei von Schads Arbeitern während Lees Rundgang taten mit einem Reporter.

„Wenn man für ein Unternehmen an der Prozessausrüstung arbeitet, sind selbst ein paar Stunden (Ausfallzeit) für das Unternehmen nicht angenehm“, erklärt Lee. „Es geht darum, die Ausfallzeit so gering wie möglich zu halten.“

Kublick fügt hinzu: „Das könnte bedeuten, dass ein Kunde die Produktion vorbereiten muss, um Zeit in seinem Zeitplan zu haben, und dann die gelieferten Auskleidungsmaterialien an einem warmen, trockenen Ort lagern muss. Und die Unterfütterung muss in einer ziemlich warmen Umgebung erfolgen. Sie möchten die Auskleidungsmaterialien nicht Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aussetzen.“

Um die Zeit für die Neuzustellung zu verkürzen, kann die Demo an einem noch warmen Ofen beginnen, da ein Roboter die Arbeit erledigt. Die Installation von Ziegeln kann länger dauern, sie müssen jedoch nicht wie monolithische Ziegel austrocknen. Zum Austrocknen des Monolithen kann Wärme von außen oder die Zündflamme eines Ofens verwendet werden, der Zeitpunkt ist jedoch schwierig.

„Man darf es nicht zu schnell aufheizen“, warnt Lee. „Sonst kommt es zu Absplitterungen oder Explosionen, wenn der Dampf seinen Weg nach außen findet.“

Kublick erklärt: „Sie können entweder eine externe Wärmequelle verwenden, bei der es sich im Grunde um einen Brenner handelt. Es gibt einige Unternehmen, die Austrocknungsdienste anbieten, sodass sie über einen separaten Brenner verfügen, mit dem wir den Ofen langsam aufheizen. Oder die Ofenbrenner selbst können verwendet werden, um zunächst nur mit Zündflammen zu beginnen, nur für diejenigen, die kleinere Zündflammen haben, dann auf die Hauptflamme umzuschalten und nach Bedarf auf eine höhere (Einstellung) zu gehen.“

Die Gesamtdicke der heißen und kalten Flächen kann in einem Schmelzofen 20 Zoll [508 mm] oder mehr betragen, während in einem Warmhalteofen mit niedrigerer Temperatur eine Auskleidung von 8 Zoll [203 mm] ziemlich üblich ist, sagt Kublick.

Um eine Neuzustellung so lange wie möglich hinauszuzögern und das feuerfeste Material in Topform zu halten, empfiehlt Bill Walter von der McEnglevan Industrial Furnace Company Inc., Danville, Illinois, das feuerfeste Material „alle paar Wochen“ mit Versiegelung zu streichen. Walter, der nach eigenen Angaben seit 1938 Öfen baut, sagte, dass die Lackierung bei Aluminiumschmelzöfen seltener und bei solchen, die Messing schmelzen, häufiger erforderlich sei.

White, der mehr als 40 Jahre lang im Ofengeschäft bei der Schaefer Group Inc., Dayton, Ohio, tätig war und seit drei Jahren sein eigenes Beratungsunternehmen hat, erinnert sich, dass feuerfeste Versiegelungen früher dazu dienten, die Bildung von Aluminiumoxid zu verhindern . Heutzutage widerstehen die meisten feuerfesten Materialien, die in Aluminiumöfen verwendet werden, der Oxidbildung.

„Allerdings dringt Aluminiumoxid irgendwann in alle feuerfesten Materialien ein“, sagt er.

Für eine gute industrielle Hygiene empfiehlt White laut seinem Artikel, einen Schmelzofen täglich und einen Warmhalteofen alle zwei Tage zu reinigen, „mit Ausnahme des Elektrotauchofens, bei dem zwischen den Reinigungen etwa fünf Tage vergehen können“.

White schrieb, dass Waschanlagen für geschmolzenes Metall jeden Tag abgeschöpft und ihre Seitenwände und jede Woche die Bodenauskleidung abgekratzt werden sollten. Kommt es in diesen Systemen zu Ablagerungen, kann es zu einem Überlauf kommen.

Auch die Wartung ist wichtig.

„Ihr Verbrennungssystem kann nicht mehr richtig eingestellt sein, und wenn es anfängt, zu fett zu werden, kann das dazu führen, dass Ihr Ofen eine kalte Flamme hat und härter arbeiten muss, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen“, fügte White in einem Interview für diesen Artikel hinzu. „Wenn es luftreicher wird, ist jetzt mehr Sauerstoff drin. Und das kann mehr Oxid erzeugen. Sie möchten also, dass es sich um das handelt, was wir stöchiometrisch nennen, was im Verhältnis zum Luft-Gas-Gemisch steht.“

Der Betrieb eines Ofens außerhalb des Verhältnisses kann mehr Energie verbrauchen und auch die Betriebskosten erhöhen.

Ofenhersteller wie Lindberg bieten für jeden von ihnen verkauften Ofen Schulungen vor Ort und ein Handbuch mit detaillierten Angaben zur Reinigung und Wartung an.

„Es muss wirklich eine Partnerschaft mit dem Endbenutzer sein, damit dieser vom ersten Tag an vollständig versteht, was zu tun ist, was die Reinigung des Ofens und die Inspektion des Ofens angeht, um sicherzustellen, dass geheizt wird gründlich genug, dass sich kein Oxidwachstum bildet“, sagt Kublick. „Wenn Sie Oxidwachstum feststellen, vereinbaren Sie eine strengere Reinigung oder beauftragen Sie ein externes Reinigungsunternehmen mit der Reinigung, damit die feuerfesten Wände wieder frei von Oxidwachstum sind.“

Mike Grande glaubt, dass es besser ist, einen Ofen seines Unternehmens als Teil des industriellen Internets der Dinge (IIoT) zu haben, als einen Techniker vor Ort zu haben. Der Techniker kann ein auftretendes Problem beheben und beheben, aber das IIoT verfügt über die Daten, um einen Ausfall oder eine Fehlfunktion vorherzusagen.

„Wenn ein Parameter außerhalb der Grenzen liegt, erhalten wir eine Benachrichtigung und rufen sie an, um zu erfahren, ob ein Problem vorliegt“, erklärt Grande, Vizepräsident für Vertrieb bei Wisconsin Oven Co., East Troy, Wisc. „Das ermöglicht es ihnen, vorbeugende Wartungsarbeiten im Voraus durchzuführen, damit sie nicht unerwartet ausfallen.“

Durch die Datenanalyse können sogar Störungen in den Prozessen einer Gießerei erkannt werden.

Ein Wisconsin Oven-Ingenieur kann sich anmelden und feststellen, dass der Brenner eines Kunden jede Stunde 10–15 Minuten lang auf Hochtouren feuert und dabei viel Energie verbraucht.

„Das sagt uns höchstwahrscheinlich, dass der Kunde die Türen öffnet, während er seinen Ladewagen herauszieht, und sie offen hält, während er den Wagen entlädt und wieder belädt“, sagte er. „Wenn sie nicht richtig geschult sind, lassen sie die Ofentüren einfach zehn Minuten lang offen, bis sie die Teile einbauen und wieder einsetzen.“

Ein Abweichungsalarm kann in der gleichen Situation einen Alarm auslösen, ist jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden und nicht jeder Ofen verfügt über einen solchen.

„Wir können wirklich einfache, offensichtliche Dinge wie diese identifizieren, die viel Energieverlust und Effizienzverlust verursachen“, fügt Grande hinzu. „Mit dem industriellen IoT hat es die Landschaft drastisch verändert und ermöglicht es uns, ein viel höheres Maß an Reaktionsfähigkeit zu bieten.“

Alle High-End-Maschinen von Wisconsin Ovens sind Teil des IIoT, die Überwachung und Analyse der Daten ist jedoch mit einem Aufpreis verbunden.

Während die Öfen nicht zum Schmelzen von Metall verwendet werden, verfügen viele Gießereien über einen oder mehrere Öfen zum Vorheizen der Formen und zum Trocknen von Formen und Kernen, bevor geschmolzenes Metall in sie gegossen wird. Sie sorgen dafür, dass die Trennschicht trocken ist und Restfeuchtigkeit entfernt wird.

Die routinemäßige Wartung der Ausrüstung von Wisconsin Oven ist einfacher als die von Gießereiöfen. Die Wartung umfasst die Reinigung des Brenners seiner gasbeheizten Geräte und das Messen der Stromaufnahme an den Heizelementen seiner elektrischen Geräte. Wenn der Ofen mit einem Förderband ausgestattet ist, sollte ein Wartungstechniker das Band und das Gleitbett auf Verschleiß prüfen, die Spannung des Bandes und der Antriebskette prüfen, das Öl im Untersetzungsgetriebe prüfen, die Lager schmieren, und fertig. Alle Keilriemen an den Gebläsen sollten regelmäßig erneut auf Verschleiß überprüft werden.

Unabhängig davon, ob es sich um einen Ofen oder einen Ofen handelt: Das Einrichten und Befolgen eines Reinigungsplans sowie die Durchführung der im Handbuch der Ausrüstung beschriebenen Wartungsarbeiten sollten dafür sorgen, dass die Ausrüstung in Topform bleibt, um BTUs abzupumpen und „die saubersten Metall- und langlebigsten Öfen der Branche“ zu produzieren so lange wie möglich, wie White schrieb.

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