Integration af plasmabehandlingsstøbing til energibesparelse i jernstøberier
Støbeførsøg hos DTU Mekanik som en del af projektet. Foto: DTU Mekanik.
Støbning af metaller er en af de korteste veje til at give form til komplekse geometrier. Til dagligt møder vi støbte emner i biler, tog, computere, møbler, vindmøller og en lang række andre konstruktioner der har betydning for vores hverdag.
I Danmark produceres årligt ca. 80.000 ton støbejern der eksporteres til hele verden. Valdemar Birn gruppen, der også omfatter støberier i udlandet, producerer til sammen 200.000 ton. Støberierne hører til blandt de mest energitunge virksomheder vi har. Det er samtidig også en af de industrier, hvor vi har den største grad af genbrug.
På verdensplan genbruges ca. 80 % af jern og stål til fremstilling af støbegods og stålkonstruktioner. Det er kun papirindustrien, der har et tilsvarende højt genbrug.
Et tidligere ELFORSK-projekt 336-007 har vist, at der er store muligheder for at spare energi ved at optimere design af efterfødere til støbegods.
Det var målet med dette projekt at undersøge i hvor høj grad at det er muligt at optimere design af efterfødere til emner i støbejern og at undersøge om man ved at optimere godsets design også kan opnå væsentlige besparelser.
Projektet har sigtet mod både at forbedre eksisterende metoder og at finde nye veje til at forbedre anvendelse af efterfødere.
De indledende produktionsforsøg hos Vald. Birn viste, at punktefterfødere er særdeles effektive, man kan bruge betydeligt mindre efterfødere end tidligere antaget, og teknologien er relativt let at anvende.
Der blev opnået en maksimal besparelse på 1,63 kWh pr. produceret emne. En nærmere analyse af de støbte emner viste, at de støbte skiver deformeredes forskelligt afhængig af efterføderens størrelse og den anvendte legering. Den perlitiske legering er således meget mere følsom over for ændringer i støbelayout end den rent ferritiske legering. Termisk deformation er en del af grundvilkårene ved støbningsprocesser, og der kompenseres herfor ved at dimensionere det bearbejdningstillæg, der lægges på støbeemnerne.
Hvis støbeprocessen gøres mere præcis, f.eks. gennem optimeret efterføderdesign, spares materialer til støbning, ligesom den efterfølgende bearbejdning kan reduceres.
På grundlag af forsøgsserien hos Vald. Birn har DTU Mekanik opstillet forbedrede retningslinjer for, hvordan man bedst dimensionerer efterfødere til de mest anvendte typer moderne højkvalitets støbejern samt til de nye og mere krævende legeringer med højt Si-indhold.
Desuden er der i projektet arbejdet med at udvikle en metode, hvorved der på Disamatic formmaskiner kan benyttes punktefterfødere uden brug af forbrugsmaterialer og uden behov for manuel håndtering og montering af efterføderne. Udviklingen har ført til konstruktionen af en prototype, som er testet i laboratoriet med godt resultat.
Blandt de videnskabelige artikler, som projektgruppen har produceret, fik Nikolaj Vedel-Smiths artikel om ELFORSK-projektets resultater til det amerikanske støberiselskab AFS’s årsmøde i 2013 prisen for den bedste artikel inden for støbejern, og det har skabt stor opmærsomhed om de nye danske kompetencer.
Projektets resultater kan få stor betydning for jernstøberiernes bestræbelser på at øge deres produktivitet. Udgiften til metal og energi udgør ifølge beregninger fra Disa Industries næsten to tredjedele af de gennemsnitlige produktionsomkostninger, mens arbejdslønnen kun udgør ca. 10 procent. Der er derfor gode muligheder for, at de europæiske jernstøberier kan fastholde eller udbygge deres produktionsarbejdspladser, hvis de bruger projektets resultater til at reducere udgifter til metal og energi. Det gælder også Vald. Birn, der er Nordeuropas største jernstøberi med en årlig produktion på ca. 200.000 tons støbegods.
Den nye viden, som Vald. Birn har opnået i projektet, har givet virksomheden et teknologisk forspring og et forstærket fokus på omkostningsbesparelser. I projektet har partnerne udvekslet erfaringer og opbygget kompetencer i at nvende procesmodelleringssoftware i optimering af produktionsprocessen. Disa Industries og Foseco har fået et mere kvalificeret grundlag til at rådgive deres kunder blandt jernstøberierne om produktionsoptimering.
Projektets nye viden har også udgjort en vigtig forudsætning for, at DTU Mekanik, Vald. Birn og Disa Industries sammen med Vestas og Zebicon i 2013 fik en projektbevilling fra Højteknologifonden, hvor partnerne bl.a. gennem brug af optisk scanning og måling vil arbejde videre med ELFORSK-projektets analyser af deformation. Magma, Disa Industries og DTU Mekanik arbejder også med at forbedre et særligt beregningsmodul til Disamatic støberimaskiner, så støberierne kan optimere udnyttelsen af smelte og formsand. Endelig arbejder DTU Mekanik sammen med Disa Industries og Foseco på i fællesskab at udvikle et automatiseret system til montering af de ram-up sleeves, der blev analyseret i ELFORSK-projektet, på formmaskinens modelplade.
Mere information
342-050