Schmelz- und Gießbetrieb
1. Allgemeines
Gießen
Im Bereich der Fertigungstechnik stellen die Gießverfahren den kürzest möglichen Weg vom formlosen Werkstoff zum fertigen Werkstück dar. In der Regel sind nur noch wenige Arbeitsschritte notwendig, damit aus dem Werkstück ein fertiges Bauteil wird. Grundsätzlich unterscheidet man in Gießverfahren zwischen verlorenen Formen (z. B. Sandformen) und Dauerformen (z. B. Metallformen). Beim Gießen mit verlorenen Formen muss die Form zerstört werden, um das fertige Werkstück zu entnehmen. Dauerformen können hingegen geöffnet werden, um das Gussstück zu entnehmen. Danach stehen die Dauerformen wieder für einen neuen Guss zur Verfügung.
Des Weiteren wird beim Gießen mit verlorenen Formen noch zwischen Gießverfahren mit verlorenen Modellen und Dauermodellen unterschieden. Bei beiden Verfahren wird zunächst ein Modell produziert. Um dieses Modell herum wird dann die Form hergestellt, zum Beispiel aus Formsand. Beim Gießen mit verlorenen Modellen verbleibt das Modell nach Herstellung der Form in dieser Form. Beim Abgießen des flüssigen Metalls in die Form wird das Modell durch die Schmelze zerstört. Wird mit Dauermodellen gearbeitet, dann wird die Form, nachdem sie ausgehärtet ist, nochmals geöffnet und das Modell entnommen. Werden in dem Gussteil Hohlräume benötigt, wie zum Beispiel in einem Motorengehäuse, dann werden noch Kerne in die Form eingelegt.
Schmelzen
Im Schmelzbetrieb werden zur Verflüssigung von Metall verschiedene Schmelzöfen verwendet. Die wichtigsten Schmelzverfahren sind:
Schachtschmelzen (Kupolofen)
Der Kupolofen wird mit metallischem Material und Koks beschickt. Die Schmelzwärme wird durch die Verbrennung des Koks geliefert.
Induktives Schmelzen (Induktionsofen)
Das Schmelzgut wird im Inneren einer elektrisch leitenden Spule, die von Wechselstrom durchflossen wird, durch Aufbau eines Sekundärstromes erwärmt und geschmolzen. Induktionsöfen werden hauptsächlich zum Schmelzen von Nichteisenmetallen genutzt.
Lichtbogenschmelzen (Lichtbogenofen)
Die Schmelzwärme wird über einen Lichtbogen auf das eingesetzte Material übertragen. Es werden hier sehr hohe Temperaturen erreicht, weshalb dieses Verfahren für hochschmelzende Metalle wie Titan und Stahl geeignet ist.
Tiegelschmelzen (Tiegelofen)
Das Metall wird in einem Tiegel, der von Heizgasen umströmt oder über Heizwendeln erwärmt wird, geschmolzen. Hier werden überwiegend Kupfer- und Leichtmetalllegierungen geschmolzen.
Das flüssige Metall wird mit Gießpfannen oder -tiegeln zu den jeweiligen Formen gebracht und in diese eingefüllt. Größere Schmelzen werden mittels Gabelstapler an die jeweiligen Arbeitsplätze gebracht.
Aus kippbaren Tiegelöfen kann dabei unmittelbar in die Formen gegossen werden.
2. Gefährdungen
Während beim Eisen- und Stahlgießen die Temperatur der flüssigen Schmelze bei ca. 1000° C und darüber liegen, liegt die Verarbeitungstemperatur der Nichteisenschmelzen mit ca. 700° C deutlich darunter.
Daraus resultieren unterschiedliche Gefährdungen für die Beschäftigten. Die Verbrennungsgefahr bei direktem Kontakt mit flüssiger Schmelze ist bei allen Schmelzarten hoch. Die Gefährdungen durch Wärmestrahlung nimmt mit der Temperatur der Schmelze zu.
Das Herausspritzen von flüssiger Schmelze kann z. B. durch Kondenswasser oder Wasserreste hervorgerufen werden. Ähnlich wie bei einem Fettbrand sinkt das Wasser in der Schmelze zu Boden, und es entsteht (bedingt durch die hohe Temperatur der Schmelze) in kürzester Zeit die 1700-fache Menge an Dampf. Dieser expandiert und treibt somit die flüssige Schmelze aus dem Behälter.
3. Schutzmaßnahmen
Für die im Bereich flüssiger Schmelze Tätigen ist es Pflicht, die jeweilige dafür vorgesehene Persönliche Schutzausrüstung (bestehend aus Gießereistiefeln, schwer entflammbarer Kleidung, Gießerhandschuhen sowie Schutzbrille) zu tragen.
Bei der Schutzkleidung ist darauf zu achten, dass hier die der jeweiligen Schmelztemperatur entsprechende Auswahl getroffen wird. Beim Eisen- und Stahlgießen muss die Persönliche Schutzausrüstung vor der deutlich höheren Wärmestrahlung schützen; ansonsten kann es zur Gefährdung der Augen und zur Überhitzung des Körpers kommen.
Zusätzlich ist zu beachten: Im Gießereibetrieb haben Transportpfannen mit Schmelze immer Vorfahrt.
Es besteht grundsätzlich immer die Gefahr des Herausspritzens von flüssiger Schmelze. Deshalb sollte jeder unnötige Aufenthalt im Bereich von flüssiger Schmelze unbedingt vermieden werden.
Wasser und andere Flüssigkeiten verdampfen beim Kontakt mit der Schmelze schlagartig. Bei den hohen vorherrschenden Temperaturen in der Schmelze zersetzt sich der Wasserdampf. Es entsteht Wasserstoff, der sich an der Luft entzünden kann (Knallgasexplosion).
Wenn Metall brennt, kann es mit den herkömmlichen Löschmitteln (ABC-Pulver, CO2, Schaum, Wasser) nicht abgelöscht werden. Hier ist ein geeigneter Metallbrandlöscher einzusetzen. Dieser Löscher beinhaltet ein spezielles Pulver, welches ausschließlich bei Metallbränden einzusetzen ist.
Der Metallbrandlöscher ist mit folgendem Piktogramm gekennzeichnet.
