Kupolofen (Cupola Furnace): Bauweise, Betrieb, Vorteile & Gießerei-Einsatz

Der Kupolofen ist ein Schmelzofen für Grauguss, Ni-Resist, Bronzen – Herzstück klassischer Gießereien. Zylindrisch, vertikal, 0,5–4 m Durchmesser (1,5–13 ft). Offener Schacht oder mit Haube (Gasabsaugung, Staubabscheidung). Stahlmantel mit Feuerfestauskleidung (Schamotte, Kunststofffeuerfest). Boden: Sand-Lehm-Gemisch (mit Kohle für leichte Entleerung). Kühlmäntel & O₂-Einspritzung für höhere Kokstemperatur.

Funktionsprinzip

Koksverbrennung → CO₂ + Wärme → Eisenschmelze. Flüssiges Eisen läuft nach unten ab. CO₂ wird im Gegenstrom zu CO reduziert (Boudouard-Gleichgewicht) – definiertes Verbrennungsverhältnis. Abgas: hoher CO-Anteil (energetisch nutzbar).

Aufbau

• Hohler Stahlzylinder, feuerfest ausgekleidet.
• 4 Gussfüße auf Betonfundament.
• Boden: zwei klappbare Gusstüren.
• Windkasten (Wind Box) um Ofenbasis → Gebläse (Blast Pipe) zwingt Luft durch Düsen (Tuyeren).
• Ofenoberseite: Metallsieb + Funkenfänger (Kegel) – Gasabzug, Funkenrückführung.

Betriebsablauf

1. Ofen trocknen, Schlacke an Düsen entfernen, Schäden mit Sand/Feuerlehm reparieren.
2. Bodenauskleidung (~15 cm) rampenförmig zum Abstichloch verdichten.
3. Luftloch (~30 mm) & Abstichloch (~25 mm) vorsehen.
4. Holzfeuer entzünden → Koks aufschütten (ca. 1 m Bett).
5. Gebläse an (reduzierte Rate) → Koks durchglühen (ca. 3 h).
6. Beschickung (Charge): 10 % Stahlschrott, 50 % Gussrückläufer, 3 % Kalkstein (Flussmittel). Wechselnde Schichten. Weitere Flussmittel: Flussspat, Soda.
7. 1 h Einweichzeit (Gebläse aus) → Eisen saugt sich voll.
8. Gebläse an, Deckel zu → Schmelze läuft. Beschickungsrate = Schmelzrate. Ofen voll halten.
9. Bei Bedarf Ende: Beschickung & Gebläse stopp → Bodentüren öffnen → Schlacke entfernen.
10. Laufzeit typisch ≤ 4 h, max. > 10 h möglich.

Vorteile

• Niedrige Investitions-, Wartungs- & Betriebskosten.
• Keine Hochfachkräfte nötig.
• Einfache Bauweise & Bedienung.
• Schmelzzusammensetzung steuerbar.
• Kleiner Platzbedarf.

Nachteile

• Temperaturführung anspruchsvoll.
• Metalloxidation (Verlust von Legierungselementen, Schlackenbildung).

Anwendung in der Gießerei

• Einzige kontinuierliche Schmelzmethode.
• Hohe Schmelzleistung.
• Einfache Bedienung, niedrigste Betriebskosten.

Trotz Vorteilen: Rückgang durch Elektrische Induktionsöfen (bessere Kontrolle, Umwelt, Legierungstreue). Fragen? Kommentieren. Teilen & abonnieren.