Schmelzen von Nichteisen-Metalle wird im BVT-Merkblatt für die NE-Metall-Industrie abgedeckt.

Unter den brennstoffbeheizten Schmelzöfen werden die Schachtschmelzöfen zum Schmelzen großer Metallmengen und zum Warmhalten der Schmelze eingesetzt. Bedingt durch die Vorwärmung des Schmelzguts im Schacht und durch den Einsatz moderner Regenerationsbrenner besitzen heute Schachtschmelzöfen relativ gute energetische Kennwerte.

Der spezielle Schmelzenergieaufwand beträgt ungefähr 700 bis 800 kWhth/tAL pro Tonne. Eine Füllstands- und Brennerregelung ist eine energetische Optimierung erforderlich. Für kleinere Schmelzleistungen und Warmhaltekapazitäten sind Tiegelöfen zu empfehlen.

Neuwertige Tiegel, Rekuperationsbrenner, wärmegedämmte und abgedichtete Ausmauerungen und eine automatische Abdeckung ergeben für Tiegelöfen energetische Kennwerte von 800 bis 900 kWhth/tAL pro Tonne.

Energieeffiziente Ofenregelung für brennstoffbeheizten Schmelz- und Warmhalteöfen:

• Ofendimensionierung für die zu erwartende Schmelz- und Warmhalteleistung optimieren, um hohen Schmelzenergieaufwand bei zu geringer Auslastung zu vermeiden
• Brennerauswahl: Rekuperationsbrenner für kleine und mittlere Leistungen, Regenerationsbrenner und Drehbettregeneratoren für stark ausgelastete Schmelzöfen
• Hohe Auslastung der Schmelzöfen sicherstellen
• Warmhalte- und Vorheizzeiten vermeiden
• Keine unnötige Überhitzung des Schmelzmaterials
• Längere Wartungsintervalle mit kurzen Stillstandzeiten erarbeiten
• Reinigungszeiten kurz halten
• Einheitliche Schmelzbadtemperatur sicherstellen
• Brennerleistung an die Betriebszustände, z. B. Warmhalten und Aufschmelzen, anpassen
• Ofen (immer) abdecken
• Ofenabdichtung sicherstellen
• Wärmedämmung garantieren
• Kurze Chargiervorgänge
• Schmelzgut vorwärmen
• Ofenpflege, z. B. der Tür und der Zustellung, regelmäßig durchführen
• „Energieeffizientes“ Feuerfestmaterial, z. B. in Bezug auf Isolationsfähigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und Verschleißfestigkeit verwenden
• Krätzeanfall minimieren
• Ofenabsaugung lastspezifischen fahren
• Abwärmenutzung prüfen

Aluminiumschmelzwerke, sogenannte Sekundärhütten, stellen aus Aluminiumschrott Schmelzen für genormte Aluminiumlegierungen her und beliefern damit vorwiegend Gießereien. Traditionell wurden die Aluminiumlegierungen als Metallblöcke, -Barren oder Masseln an die Gießereien geliefert, die dank genormter Abmessungen in größeren Stapelpaletten transportiert werden konnten.

Das bedeutet, dass das flüssige Metall zunächst erstarrt und in Form von Blöcken auf Paletten gestapelt, dann per LKW viele Kilometer transportiert und nach Ankunft in der Gießerei erneut wieder aufgeheizt und verflüssigt werden muss. Alternativ kann abhängig vom eigenen Schmelzprozess, den eigenen Kapazitäten und den benötigten Legierungen eine Flüssigmetallanlieferung geprüft werden.

Wie man in der Tabelle sieht, sind bei der Lieferung von Blockmaterial zwei Schmelzöfen an zwei verschiedenen Standorten nötig, wohingegen bei der Lieferung von Flüssigaluminium ein Schmelzaggregat beim Aluminiumschmelzwerk genügt.

Tabelle 1: Prozessketten der Lieferung von Blockmaterial im Vergleich zur Lieferung von Flüssigaluminium

Das in der Sekundärhütte eingeschmolzene Aluminium wird den Gießereien in flüssiger Form zur Verfügung gestellt. Dazu muss das Aluminium in spezielle wärmegedämmte LKW-Transport-Behälter abgefüllt und direkt zu den Gießereien geliefert werden.

Eine Überhitzung des Metalls wird so vorgenommen, dass das Metall garantiert acht Stunden flüssig bleibt. Daraus ergibt sich die maximale Transportentfernung von vier Stunden LKW-Fahrtzeit, da im Fall der Nichtannahme des Metalls noch zum Sekundärschmelzwerk zurückgefahren werden können muss.

Unter ökologischen Gesichtspunkten ist ein Weniger an Energiebedarf und ein Weniger an Metallverlusten mit einem Weniger an CO2-Ausstoß gleichzusetzen. Unter Annahme eines bereits erwähnten spezifischen Energiebedarfs einzelner 0fentypen von 700 kWhth/tAL bis 1200 kWhth/tAL und unter der Annahme eines für Erdgas resultierenden Emissionsfaktors von 0,056 Tonnen CO2 pro Gigajoule Energiebedarf, ergibt sich eine Vermeidung von 141 kg CO2/t Aluminium bei 700 kWh/t und von 242 kg CO2/t bei 1.200 kWhth/tAL.

Für energetisch relevante Prozesse bei der Anlieferung mit Flüssigmetall wurden folgenden Daten ermittelt:

• Das Schmelzen und Warmhalten in der Sekundäraluminiumhütte (800 kWh/t)
• Das Vorwärmen der Transportbehälter (Etwa 150 kWh/t)
• Verluste beim Transport (Etwa 75 kWh/100 km)

Neben dem Energiebedarf ist die Betrachtung des Metallverlustes ein entscheidendes Kriterium beim Vergleich der Lieferung von Blockmaterial (Masseln) oder Flüssigmetall.

Aufgrund der bekannten Affinität des Aluminiums zum Sauerstoff treten beim Schmelzen von Aluminium unwiederbringliche Metallverluste durch Oxidation ein. Metallverluste variieren in der betrieblichen Praxis je nach Ofentyp und Fahrweise im Bereich von 2 Prozent bis 3 Prozent. Hingegen wird der Metallverlust bei einer Belieferung mit Flüssigmetall auf max. 0,2 Prozent angegeben, die vorwiegend durch den Entleervorgang der Flüssigmetallbehälter in den Gießereien entstehen. Gegenüber der Anlieferung mit Flüssigmetall ergibt sich ein Metallverlust von 2 Prozent bis 5 Prozent, angesetzt mit 20 kg/t bis 50 kg/t.

Für einen Schachtofen wird eine theoretische spezifische Schmelzenergie von 600 kWhth/tAL angegeben, die sich bei einem reinen Einsatz von Blockmaterial auf 690 kWhth/tAL erhöht. Bei einem kombinierten Schmelz- und Warmhaltebetrieb wurden Daten für typische Schachtschmelzöfen von bis zu 900 kWhth/tAL ermittelt, wobei der Anteil für den Energieaufwand zum reinen Warmhalten der Schmelze mit 180 kWhth/tAL angegeben wird. Für die in Aluminiumgießereien teilweise noch eingesetzten Herd- und Wannenöfen wird der spezifische Energiebedarf mit bis zu 1.200 kWhth/tAL. angegeben.