Kundenerfahrungen beim Einsatz konfektionierter Gießereisande

Vorteile der Konfektionierung Das Konfektionieren von Quarzsanden nach den individuellen Kundenbedürfnissen ist bei Quarzwerke seit 2013 durch die Inbetriebnahme einer großtechnischen Siebanlage mit hochpräziser Dosiertechnik möglich. Nachfolgend werden die Vorteile der Konfektionierung von Quarzsanden (H-S Sande) detailliert erläutert. Anhand zweier konkreter Einsatzfälle werden die Vorteile für die Kunden vorgestellt. Ebenfalls wird ein Berechnungstool zur Kalkulation der wirtschaftlichen Vorteile beim Einsatz konfektionierter Sande besprochen. Veranlassung zur Errichtung des Siebturms Die Quarzwerke GmbH (QW) ist seit vielen Jahrzehnten der führende Hersteller von Gießereisanden in Deutschland und großen Teilen Europas. Die hohe Qualität– besonders der Halterner Sande –wird von unseren Kunden sehr geschätzt. Allerdings wurde vermehrt der Kundenwunsch nach einer stabileren Sieblinie, sprich reduzierter Schwankungsbreite der Körnung, geäußert. Die Diskussionen zu diesem Thema verstärkten sich vor allem im Zuge immer filigranerer Kerne und der Einführung von anorganischen Bindersystemen. Um diese Schwankungsbreite der Sande zu minimieren, war der Einsatz einer zusätzlichen Aufbereitungsstufe (der Siebung) notwendig, da die Hydroklassierung hierzu nicht in der Lage ist. QW starteten daher Mitte 2011 das Projekt „Siebturm“ im Werk Haltern. Die großtechnische Siebanlage mit einer Kapazität von ca. 150.000 Tonnen pro Jahr ist seit Januar 2013 in Betrieb. Es werden die vier Standardsorten des Werkes der H 31,H 32, H 33 und H 35 auf die Siebanlage aufgegeben und in die 6 Körnungs bänder> 710 μm, > 500 μm, > 355 μm, > 250 μm,> 180 μm und < 180 μm gemäß Normsiebreihe ausgesiebt. Diese Fraktionen werden anschließend präzise nach Kundenwunschzusammengestellt. Die Schwankungsweite der konfektionierten Sande kann dadurch auf maximal+/- 4 % begrenzt werden. Im Vergleich zu den hydroklassierten Standardsorten reduziert sich die Schwankungsbreite erheblich. Einfluss der Kornverteilung auf Kerneigenschaften Die Kornverteilung hat einen entscheidenden Einfluss auf die späteren Kerneigenschaften. So können Sande mit identischer AFS-Zahl, aber unterschiedlichen Kornverteilungen wie ein Monokorn, ein 3-Korn Sand, ein 5-Korn Sand, ein Sand mit bimodaler oder asymmetrischer Kornverteilung, deutlich unterschiedliche Kerneigenschaften besitzen. In der Praxis gehören Eigenschaften wie die Sofortfestigkeit ,die Gasdurchlässigkeit, die Schüttdichte und die Rautiefe zu den wichtigsten Parametern. QW ist es möglich einen Quarzsand zu konfektionieren, der weitestgehend die Kerneigenschaften eines H 32 hat, aber die mittlere Körnung eines H 33 aufweist. Diese kerntechnischen Zusammenhänge wurden mit Hilfe der statischen Versuchsplanung, dem DoE (Design of Experiment) und durch Messungen im eigenen Sandlabor von QW belegt. Der Nutzen des DoE liegt darin, eine Kornverteilung zu finden, die ein optimales Verhältnis verschiedener Eigenschaften aufweist. Praxisbeispiel 1: Martinrea Honsel/ Aluminiumkokillenguss Martinrea Honsel hat 2016 mit dem Neuanlauf eines Zylinderkurbelgehäuses AMG V8 begonnen. Da der Kunde am gesamten Standort in Meschede als Hauptsorte H 32 einsetzt, wurde auch die Fertigung des Kernpaketes des AMG ZKG mit H 32 gestartet. Die Kerne werden in Anorganik gefertigt. Das verwendete Gießverfahren ist das ND-Kokillengussverfahren. In den Vorserien zeigte sich, dass die Oberflächengüte der innenliegenden Kerne mit H 32 nicht ausreichend ist. Daher wurden Versuche mit F 34 gefahren, da diese Sorte auch schon in kleineren Mengen am Standort eingesetzt wurde. Die Gasdurchlässigkeit der F -34-Kerne war aufgrund potentieller Gasfehler und höherer Taktzeiten beim Trocknungsvorgang allerdings zu gering. Somit wurden dem Kunden mit Hilfe des DoE Körnungsverteilungen empfohlen, die gute Kernoberflächen bei optimierter Gasdurchlässigkeit kombinieren. Siehe Tabelle 1. In der Sanduntersuchung wurden die Quarzsandsorten H 32 und F 34 im Vergleich zu H-S 00124 sowie H-S 00125 gegenübergestellt. Der Kunde entschied sich für die Sorte H-S 00124. Dieser konfektionierte Sand wird nun in der Serie für die innenliegenden Kerne eingesetzt. Die Oberflächengüte der Gussteile konnte somit bei geforderter Taktzeit erreicht werden.

Praxisbeispiel 2: Armaturengießerei

Einer der führenden Armaturengießer Deutschlands fertigt Messing-Armaturen im Kokillenguss und setzt seit Jahren H 33 zur Fertigung von Hot-Box-Kernen ein. Das übliche Kerngewicht liegt hierbe izwischen 200 und 700 g. Anlässlich eines Neuanlaufes einer Unterputz-Thermostatarmatur traten vermehrt Gussfehler aufgrund von Gasblasenbildung auf. Diesen Fehlern musste durch aufwendige Bohrungen der Kerne oder Entlüftungen an den Teilungen der Kokillen begegnet werden. Dem Kunden wurde mittels der Konfektionierung von Sanden eine alternative Sandsorte auf Basis des DoE empfohlen, die die Erhöhung der Gasdurchlässigkeit unter Beibehaltung der anderen kerntechnischen Eigenschaften zum Ziel hatte: In Tabelle 2 sind die kerntechnischen Eigenschaften eines Quarzsandes H 33 nach Richtwert (RW), seinen maximalen Schwankungsbreiten und des konfektionierten Sandes H-S 00108 gegenübergestellt. Aufgrund der Konfektionierung konnte nicht nur die gewünschte Steigerung der Gasdurchlässigkeit bei gleichbleibender Sofortfestigkeit erfüllt, sondern auch die Schwankungsbreiten des Sandes erheblich reduziert werden. Aufgrund dieser Vorteile hat der Kunde die gesamte Kernfertigung auf die Quarzsandsorte H-S 00108 umgestellt. Der Einsatz des konfektionierten Sandes führte nach Angaben des Kunden zu einer deutlich erhöhten Prozesssicherheit, so dass durch die Ausschussreduzierung eine Fehlerkostensenkung von 8–10 % realisiert werden konnte.

Berechnungstool zur Ermittlung der Wirtschaftlichkeit von konfektionierten Sanden

QW haben für potentielle Kunden von konfektionierten Sanden ein Berechnungstool entwickelt, mit dem das Einsparpotential beim Einsatz konfektionierter Sande kalkuliert werden kann. Die wesentlichen Einsparpotentiale liegen bei der eigentlichen Kernfertigung durch eine mögliche Reduzierung des Bindereinsatzes, bei geringeren Begasungszeiten die Steigerung der Produktivität und schließlich die Reduzierung des Kernbruches. Auch der teilweise Verzicht auf das Schlichten ist ein mögliches Einsparpotential. Hier sind die Kosten für die Schlichte, das gesamte Handling, die Energiekosten für die Trocknung und die insgesamt höhere Produktivität die wesentlichen Einsparpotentiale. Ausschuss und Nachbearbeitung sind die ärgerlichsten Kostenblöcke in einer Gießerei. Auch diese Kostenblöcke können durch den Einsatz konfektionierter Sande reduziert werden, wie das Beispiel der Armaturengießerei gezeigt hat.

Eine weitere Möglichkeit der Konfektionierung ist der Einsatz eines feineren konfektionierten Sandes in der Kernfertigung,wodurch die unnötige Auffrischung des Formstoffsystems mit zusätzlichen Feinsanden vermieden werden kann.Dies reduziert die Entsorgungskosten für Gießereirestsande teilweise deutlich. All diese Einsparpotentiale durch den Einsatzkonfektionierter Sande kann der Kunde im Vorfeld durch realistische Annahmen für seinen spezifischen Anwendungsfall kalkulieren und so den möglichen Nutzen einschätzen. Belastbare Ergebnisse können nach einem Großversuch in jedem Einsatzfall ausgewertet werden.

Ausblick

Unsere Kunden und natürlich QW selbst sind von den Vorteilen der Konfektionierung von Quarzsanden überzeugt. Um auch zukünftig weiteren Kunden im In und Ausland konfektionierte Sande anbieten zu können, wird derzeit die Errichtung eines zweiten Siebturms im Werk Haltern erwogen. Die Entscheidung zur Errichtung einer zweiten Siebanlage wird im Laufe des Jahres fallen.