Fachtagung

---

Feuerfest in der Gießerei-Praxis

Bericht zur neuen Fachtagung des WZR

Rheinbach im März 2011. - In allen Gießereien ist der Einsatz Feuerfester Materialien notwendig. Diese werden in der Auskleidung der Öfen, Tiegel, Pfannen, Gießtrichter und Gießrinnen aber auch in Form von Formstoffen, Schlichten, Gießkernen und keramischen Filtern verwendet. Während des Einsatzes finden Reaktionen und Wechselwirkungen zwischen Feuerfestauskleidung, Schmelze, Schlacke und Zusatzstoffen statt. Die Feuerfestauskleidung entscheidet ganz wesentlich, ob das finale Produkt die geforderte Qualität erreicht oder nicht. Auch der Einsatz von Formstoffen und Schlichten hat einen enormen Einfluss auf die Qualität der abgegossenen Werkstücke. Die Bedeutung Feuerfester Werkstoffe in der Gießerei-Praxis wurde auf der Fachtagung „Feuerfest in der Gießerei-Praxis“ diskutiert. Auf Einladung des WZR kamen 75 Fachleute am 01.-02. März 2011 in Rheinbach zusammen.

Nach DIN 51060 werden Werkstoffe als „Feuerfest“ bezeichnet, wenn ihr Erweichungsverhalten oberhalb von 1500°C liegt. Um die Relevanz für Anwendungen in der Gießerei besser zu erfassen, wurde von Sandra Lehmann und Wolfgang Kollenberg (WZR) folgende Definition vorgeschlagen: Keramische Werkstoffe und mineralische Rohstoffe werden dann als „Feuerfest“ bezeichnet, wenn sie in einem für die Prozesssicherheit notwendigen Temperaturbereich thermisch stabil sind.

In ihrem einleitenden Vortrag wies Sandra Lehmann (WZR) darauf hin, dass Feuerfeste Materialien in aller Regel auf natürlichen Rohstoffen mit all ihren Vor- und Nachteilen basieren. Diese wirken sich insbesondere auf den Schmelzpunkt und die Ausbildung von Eutektika aus. Durch natürliche Schwankungen kann beispielsweise der Schmelzpunkt von Bentonit um über 100 K verschoben werden. Bei Rohstoffmischungen können je nach Schwankung der chemischen Zusammensetzung erste Schmelzphasen bei sehr unterschiedlichen Temperaturen auftreten.

Dieser Sachverhalt wurde auch von Thomas Linke (Hüttenes) unterstrichen. Er wies darauf hin, dass die in technischen Informationen angegebenen Schmelztemperaturen oder thermischen Beständigkeiten nur eine eingeschränkte Bedeutung für die Praxis haben. Für die Rohstoffauswahl sei es notwendig, die thermischen Anforderungen beim Gießprozess zu berücksichtigen.

Wilfried Schmitz (OTTO JUNKER) führte in die Thematik der Induktionsöfen zum Schmelzen, Warmhalten und Gießen von Metallen ein. Dabei stellt er fest, dass durch die induktive Erwärmung eine beliebig hohe Temperatur erreicht werden kann, wenn die feuerfeste Auskleidung keine diesbezüglichen Begrenzungen vorgeben. Hierzu wurden auch Überwachungssysteme der Zustellung vorgestellt.

Die Wechselwirkungen zwischen Feuerfest und Aluminium-Schmelze stellte Frank Trippelsdorf (Calderys) vor. Er präsentierte direkte und indirekte Auswirkungen der Einflüsse von Feuerfesten Rohstoffen im System SiO2 – Al2O3, Anti-Benetzungsmitteln, Bindemitteln, aber auch von Reinigungsmitteln und –methoden, auf die Lebensdauer der Auskleidung eines Aggregates. Die Bildung von „Korund“ in und an der Auskleidung zählt zu den bekanntesten Phänomenen. Wie er entsteht und welche Auswirkung er auf die Standzeit eines Ofens hat, wurde ausführlich vorgestellt.

Mit der Entfernung nichtmetallischer Verunreinigungen in Aluminium-Schmelzen befasste sich Wolfgang Vogel (SCHÄFER Chemische Fabrik) in seinem Vortrag. Oxide, die während des Schmelzprozesses entstehen, sind für zahlreiche Gussfehler verantwortlich und führen auch an den Wänden von Tiegeln und Öfen zu störenden Anhaftungen. In diesem Vortrag wurden physikalische und chemische Methoden vorgestellt, durch deren gleichzeitigen Einsatz eine optimale Reinigung der Schmelze erreicht wird.

Den möglichen Einsatz von Bornitrid als Feuerfestmaterial im Aluminiumguss stellte Jens Eichler (ESK) vor. Mit Bornitrid-Schlichten können beispielsweise Gießrinnen, -tische, -löffel, Werkzeuge und Tiegel vor aggressiven Aluminiumschmelzen geschützt werden. Ausschlaggebend für den aktuellen Fortschritt ist unter anderem ein neuartiger nanoskaliger Binder, mit dem sich erstmals fest haftende Bornitrid- Schichten auf unterschiedlichen Materialien herstellen lassen.

Dirk Schmeisser (Vesuvius) berichtete über die Herstellung von Tongrafittiegeln. Insbesondere die Auswirkung unterschiedlicher Qualitäten auf den Energieverbrauch wurde diskutiert.

Die Wechselwirkung von Kupfer-Schmelzen mit Feuerfest wurde in einem Beitrag von Harald Siegele (Wieland) vorgestellt. Diese Wechselwirkungen äußern sich in Form von Anhaftungen, Infiltrationen und Reaktionen. Die Auswirkungen zeigen sich insbesondere bei Legierungswechseln. Daher stand hier die Einschränkung der Verunreinigung von Schmelzchargen im Vordergrund. Es wurden grundlegende Laborversuche vorgestellt, die die Wechselwirkung beleuchten und zu einer gezielten Rohstoffauswahl im Feuerfest-Versatz führen sollen.

Was man beachten muss, um aus Schäden zu lernen, stellte Wolfgang Kollenberg (WZR) in seinem Vortrag vor. Um Fehlinterpretationen zur Schadensursache zu vermeiden, empfiehlt sich eine systematische Schadensanalyse. Dabei erfolgt zunächst eine objektive Beschreibung des Schadensbildes, das die Funktion eines Aggregates oder Bauteils beeinträchtigt. Aus dieser Darstellung ergibt sich die Erklärung der Schadensart. Die Schadensursache ist selten in einem einzelnen Fehler zu finden. Vielmehr handelt es sich meistens um eine Verkettung und Kombination von Ursachen. Nur durch eine möglichst zweifelsfreie Klärung der Schadensursache ist es möglich, gezielte Maßnahmen zur Schadensverhütung einzuleiten.

Ralf Klos (Metallgießerei von der Au) sprach über Schmelzverunreinigungen in Aluminiumlegierungen und spannte den Bogen von der Theorie zur Praxis. Er berichtete über Fehler, die beim Schmelzen, Transportieren und Umfüllen der Schmelze gemacht werden können. Daraus können Oxide und hohe Wasserstoffgehalte resultieren, wodurch die Qualität von Gusserzeugnissen beeinträchtigt wird.

Möglichkeiten der Überwachung und Dokumentation einer feuerfesten Zustellung stellte Ulrich Petzschmann (IfG) am Beispiel von Induktionstiegelöfen vor. Er wies auch darauf hin, dass die Dokumentation bereits mit dem Rohmaterial beginnen muss und hob auch noch einmal die Bedeutung von Rückstellproben für die Ermittlung von Schadensursachen hervor. Außerdem wurden Methoden vorgestellt, den Futterverschleiß der Zustellung zu erfassen und zu dokumentieren. Abschließend wurden Futterschädigungen und Verschleißarten mit charakteristischen Erkennungsmerkmalen vorgestellt.

Die von Klaus Hack (GTT-Technologies) vorgestellten Möglichkeiten der „Rechnergestützten Thermodynamik“ stellen ein bisher noch wenig genutztes aber vielversprechendes Werkzeug für den Gießer dar. Nach einigen theoretischen Grundlagen wurden Fallstudien aus der industriellen Praxis diskutiert, die zeigen, dass durch thermodynamische Berechnungen das Verschleißverhalten von Feuerfest in Kontakt mit Schmelze reduziert werden kann. Als besonderer Vorteil ist zu erwähnen, dass durch derartige Berechnungen die Betrachtung von Mehr-Stoff-Systemen möglich ist, während die bekannten Zwei- und Drei-Stoff-Systeme nur begrenzte Aussagekraft in der komplexen Realität der Gießerei haben.

Klaus-Peter Heyn (James Durrans) berichtete zur Anwendung und Prüfung von Schlichten im betrieblichen Alltag. Er wies darauf hin, dass Schlichten in der Gießerei oft über- aber auch unterbewertet werden. Es wurde ein Überblick über die Funktion und den generellen Aufbau von Schlichten gegeben. Durch das Aufzeigen einfacher aber grundlegender Zusammenhänge wurde veranschaulicht, welche Gussfehler durch richtige Anwendung von Schlichten vermieden werden und welche bei falscher Anwendung entstehen können.

Den Bogen von Schlichten zu Formstoffen und deren Einfluss auf die Gussqualität spannte Heinz-Josef Wojtas in seinem Vortrag. In diesem Beitrag wurde zunächst auf metallseitige Oberflächenfehler und Gefügebeeinflussungen eingegangen, die im Kontakt mit der Schlichte entstehen können. Darüber hinaus wies der Autor auf die Bedeutung von Verunreinigungen in Formsanden hin, die zu deutlich niedriger schmelzenden Phasen führen, als es die Hauptkomponente Quarz- oder Chromitsand erwarten lässt. Werden die verschiedensten Bestandteile der Formstoffe und der Schlichte gemeinsam geglüht, bilden sich bei allen Kombinationen leichte bis starke Veränderungen in Bezug auf die Glasphasenbildung und den Schmelzbereich. Als der bedeutendste Grund für Gussfehler wurde das Anschnittsystem genannt. Durch turbulente Formfüllprozesse entstehen Oxide, die sich im Gussteil niederschlagen oder sich an die Formwand legen und dort mit der im Schlichte-Formstoff-Bereich entstehenden Mineralschmelze reagieren können.

Durch die Vorträge wurden die Bedeutung feuerfester Werkstoffe für die Qualität von Gussprodukten und die vielschichtigen Ursachen für Fehler beleuchtet. Die lebhafte Diskussion der Beiträge und die angeregten Gespräche in Pausen und während der Abendveranstaltung zeigten, dass die angesprochenen Themen von großer Bedeutung für die tägliche Praxis in der Gießerei sind. Alle Referenten haben die Möglichkeit ihre Beiträge in einem Sonderheft der Zeitschrift „Gießerei – Erfahrungsaustausch“ zu veröffentlichen.

Für die Zukunft plant das WZR die Fachtagung „Feuerfest in der Gießerei-Praxis“ im 2-jährigen Rhythmus durchzuführen, jeweils im Wechsel mit den „Formstofftagen“.

PDF-Dokumente zu Download:

• Programmflyer "Fachtagung: Feuerfest in der Gießerei-Praxis 2011"