Wärmebehandlung ohne Einsatz von Erdgas
Wie ein deutscher Hersteller weltweit einen Alleingang macht und dabei zur Referenz für Qualität wird.
Artikel aus der Aluminium Praxis 09 | 2022
Die aktuelle Berichterstattung ist voll davon. Drohender Gasmangel ist eine der vordringlichsten Sorgen der deutschen Industrie und seiner Kunden. Neben dem reinen Heizen von Gebäuden wird Erdgas bei den Aluminiumherstellern in der Regel für die Wärmebehandlung von Aluminium benötigt. Der Einsatz von Erdgas ist ein extrem wichtiger Bestandteil des weiteren Herstellprozesses, nachdem ein Barren gegossen wurde.
Strom als Alternative zum Erdgas ist nicht weit verbreitet, jedoch seit Jahrzehnten erprobt und kontinuierlich verbessert. Um den größten Vorteil von Strom gegenüber Erdgas besser greifen zu können, müssen wir uns die verbreitete und übliche Art der gasbefeuerten Wärmebehandlung zunächst vorstellen. Adaptiert wurde diese Art der Wärmebehandlung aus der Stahlindustrie.
Traditionelle Wärmebehandlung mit Gas
Traditionell wird im gängigsten Verfahren in sog. Batchöfen ein Bestand aus mehreren Aluminiumbarren gleichzeitig in einen gasbefeuerten Ofen gegeben. Durch den Wärmeeinfluss soll sehr zielgerichtet eine Metallstruktur geschaffen werden, die auf den Punkt bestimmte Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit bei gleichzeitig größtmöglicher Spannungsarmut garantiert. Aber es ist eben nicht ausschließlich der reine Wärmeeintrag in das Metall, der den Unterschied in der finalen Qualität macht. Exakte Kenntnisse der Ausgangsstruktur, sowie der präzise Verlauf von Temperaturkurven in jedem einzelnen Kubikzentimeter des Barrens, bilden eine wesentliche Grundlage.
Wärmeeintrag exakt steuern
Im ursprünglichen Einsatzbereich der Batchöfen spielten Temperaturunterschiede von 30 – 50 °C keine große Rolle für die Qualität des wärmebehandelten Stahls. Im Aluminiumbereich jedoch können bereits Unterschiede von legierungsspezifisch 3 bis 10 °C bestimmte, gewollte Materialeigenschaften verhindern, zumindest aber signifikant schmälern. Es ist also zwingend erforderlich, den Wärmeeintrag im Material in jedem Augenblick auf das Grad genau zu steuern. Eine natürliche Flamme, die auf das Volumen eines mehrere 10 Tonnen schweren Barrens wirkt, hat dabei sicherlich ein Limit. Ein wenig ist es so, als wenn man im heimischen Backofen ohne Umluft mehrere Kuchen gleichzeitig auf unterschiedlichen Ebenen bäckt und erwartet, dass nach einer Stunde jeder Kuchen gleich gut ist.
Einzigartige Einzelbarren-Wärmebehandlung
Anders sieht es bei elektrisch betriebenen Öfen für die Wärmebehandlung von Walzbarren aus. Speziell im Einzelbarrenverfahren lassen sich überlegene Gefügequalitäten erzeugen. Je höher der Zerspanungsgrad am daraus hergestellten Halbzeug wird, umso größer stellt sich die Überlegenheit dar. Spannungsarmut und hervorragende Homogenität des Gefüges sind neben einer Reproduzierbarkeit des Gefüges Barren für Barren das erreichte Ziel. Im Beispiel von GLEICH Aluminium werden nicht die üblichen 8 bis 10 oder noch deutlich mehr Barren gleichzeitig einer Erwärmung ausgesetzt, sondern jeder Barren kommt einzeln in einen elektrisch beheizten Ofen. Das ganze System wird computergesteuert und überwacht. Die Temperaturkurve eines jeden einzelnen Barrens wird im Nachgang von der Qualitätskontrolle ausgewertet und ist so ein wichtiger Bestandteil der permanenten, systemischen und statistischen Qualitätsüberwachung. Die elektrische Temperaturerzeugung lässt sich präzise auf das benötigte Niveau und zu jedem Zeitpunkt auf das Grad genau steuern. So sind die Einwirkbedingungen extrem effizient und liefern exakt das Gefüge, welches die spezifisch besten Eigenschaften aufweist. Selbstverständlich ist bereits die chemische Analyse der Barren und das Gießverfahren auf diesen Prozess abgestimmt und bildet eine Grundlage dafür, dass diese einzigartige Einzelbarren–Wärmebehandlung seine volle Wirkung entfalten kann.
Vollautomatisierter Gesamtprozess bei GLEICH Aluminium
Die während der Abkühlphase frei werdende Wärme der Barren wird genutzt, um kalte Barren in einer Vorstufe vorzuwärmen, die nicht zu vermeidende Abwärme der Ofenanlage wird in den Heizprozess der Gebäude einbezogen und, im Sinne der Nachhaltigkeit, zweimal genutzt. So kann eine direkte Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen wie Erdgas in einem hochindustrialisierten Prozess erreicht werden. Dies weitergedacht, eröffnet die geografische Lage von GLEICH Aluminium im Norden Deutschlands, zwischen Nord- und Ostsee, eine großartige Perspektive auf die Zukunft. Ganz sicher wird die Windkraft einen immer größeren Anteil der umweltfreundlichen Energiegewinnung direkt vor der Haustür ausmachen und perspektivisch dafür sorgen, dass das silbern-glänzende GLEICH-Aluminium einen gesunden Grünstich bekommt.
Am Ende fragt man sich sicherlich: „Warum geht nur GLEICH Aluminium diesen Weg und warum setzen alle anderen Hersteller auf eine Gasflamme zur Wärmebehandlung?“
Die Antwort liegt zum einem im vollautomatisierten Gesamtprozess und im absoluten Qualitätsbekenntnis des traditionsbewussten Familienunternehmens und ist zum anderen eine Frage der systemübergreifenden Fachkompetenz. Die elektrische Wärmebehandlung war bisher nicht nur der Weg zur besten Qualität, sondern leider im Vergleich auch der teurere. Somit musste ein Gesamt-Herstellprozess geschaffen werden, der diese Kosten auffängt und die erreichte Qualität preislich wettbewerbsfähig macht. GLEICH Aluminium hat daher heute große Betriebsteile vollautomatisiert, die sich fast schon autonom bewegen.
Sucht man jedoch einen günstigeren Weg, um vergleichsweise schnell eine eigene Wärmebehandlung im Haus zu haben, war man bisher bei gasbefeuerten Öfen auf der preislich attraktiveren Schiene schneller am Ziel. Die aktuelle Entwicklung stellt jedoch den althergebrachten Weg immer mehr und öfter in Frage. Durch drohende Knappheiten ergeben sich völlig neue Herausforderungen hinsichtlich der Absicherung der Lieferketten aller Branchen. GLEICH Aluminium stellt sich diesen Herausforderungen mit einem eigenen Weg.
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