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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzofen, insbesondere zum Aufbereiten von Magnesiumschmelze, mit einem bis zu einer vorbestimmten Füllstandshöhe Schmelze aufnehmenden Schmeizenraum, der nach oben hin durch eine geneigte Decke abgeschlossen und gegebenenfalls durch wenigstens eine Trennwand m über wenigstens eine Durchströmöffnung miteinander verbundene Kammern unterteilt ist und dem eingangsseitig eine Beschickungsöffnung für eine Matenalzugabe und ausgangsseitig eine Entnahmeöffnung für eine Schmelzenentnahme zugehören.
Aufgrund der hohen Affinität des Magnesiums zu Sauerstoff muss beim Schmelzen von Magnesium und Magnesiumlegierungen für einen Oxidationsschutz gesorgt werden, der eine Reaktion der Schmelze mit der Umgebungsluft bzw. der Ofenatmosphäre weitgehend verhindert. Der Schmeizenraum der Schmelzöfen ist daher nach aussen hin mit einer Decke gasdicht abgeschlossen und der bei den bekannten Schmelzöfen verbleibende Zwischenraum zwischen Decke und Schmelzenoberfläche wird mit einem Schutzgas gespult, wobei schwefelhaltige Schutzgase, die entweder SFe (Schwefelhexafluond) oder SO2 (Schwefeldioxid) enthalten, Verwendung finden.
Allerdings tragt das SFe, wenn es in die Atmosphäre gelangt, durch sein hohes Erderwarmungspotential, das 24. 000 mal grösser als das von C02 ist, zum Treibhauseffekt bei und das alternativ dazu eingesetzte SOz ist giftig. Darüber hinaus kommt es trotz der Schutzgasspülung an der Schmeizenoberfläche zu Oxidationsreaktionen und zur Ausbildung von Schlacke u. dgl. Verunreinigungen, die laufend entfernt werden müssen.
Diese Schlacke u. dgl. stellt dabei ein zu entsorgendes oder aufwendig zu recycelndes Abfallprodukt dar
Um auf den Einsatz von schwefelhaltigen Schutzgasen verzichten zu können, wurde gemäss der DE 197 47 002 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Magnesiumschmeizofens vorgeschlagen, nach dem das zu schmelzende Material drei hintereinander gereihte Kammern durchfliesst und in Fliessrichtung in den einzelnen Kammern stufenweise auf höhere Temperaturen gebracht wird, wobei nur die erste Kammer mit einem reinen COz zum Schutz vor Oxidationsreaktionen begast wird und die beiden anderen Kammern nach aussen hin abgeschlossen sind.
Durch die anfangs geringe Schmeizentemperatur wird die damit verbundene erhöhte Reaktionsträgheit des Magnesums zur Unterbindung unerwünschter Reaktionen genutzt und durch den Abschluss der anderen Kammern ein Eindringen von Sauerstoff verhindert. Allerdings kommt es aufgrund der zu Beginn in diesen Kammern vorhandenen Luftpolster auch hier zu Oxidationsreaktionen und es entsteht Schlacke od. dgl., wozu noch der Aufwand für das mehrstufige Schmelzverfahren kommt
Es sind auch schon Schmeizöfen bekannt, die eine geneigte, zumindest bereichsweise in die Schmelze hineinragende Decke aufweisen (DE 195 04 415 A 1). Dadurch werden aufschwimmende Verunreinigungen in der Schmelze, wie Oxide, Schlacke u dgl. in einer vom Auslass entgegengesetzten Richtung gesammelt, von wo sie schliesslich bei Bedarf abgeschöpft werden.
Als nachteilig hat es sich bei einem derartigen Schmelzofen erwiesen, dass die Zufuhr von frischem Metall in genau dem Bereich des Ofens erfolgt, in dem sich auch die Oxide, die Schlacke u dgl ansammeln und somit die Verunreinigungen bei jedem Beschickungsvorgang erneut in die Schmelze hineingerissen und mit der Schmelze vermischt werden
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schmeizofen der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der ein einwandfreies Aufbereiten von oxidationsgefährdeten Schmelzen, insbesondere auch Magnesiumschmelzen, ohne eine Begasung erlaubt und auch bei ublichen Schmelztemperaturen eine Schlackenbildung weitgehend unterbindet
Die Erfindung lost diese Aufgabe dadurch, dass die Beschickungs- und Entnahmeoffnungen durch Schächte gebildet sind,
die unter das Niveau der Füllstandshohe der Schmelze ragen und dass in der Decke oberhalb der unteren Mündungsoffnung des Beschickungsschachtes eine verschliessbare Reinigungsöffnung für sich aufgrund der Deckenneigung ansammelnde Verunreinigungen der Schmelze vorgesehen ist Damit taucht die Decke in die Schmelze ein, so dass sich mit einer entsprechenden Ausgestaltung des Schmelzofen die freie Schmeizenoberfläche minimieren lässt und beispielsweise auf den Bereich der Beschickungs-und Entnahmeschächte begrenzt werden kann. Die zudem in die Schmelze eintauchenden Schächte verhindern, dass frisch dem Ofen zugeführtes Metall die Decke von Verunreinigungen durchqueren muss und verhindert somit ein erneutes Vermischen der Verunreinigungen mit der Schmelze.
Mit einer Entnahme der Verun- reinigungen durch die gesonderte Reinigungsoffnung ist ausserdem eine gegenseitige Störung von
Beschickung und Reinigung vermieden Auf diese einfache und elegante Weise wird so ein hervor- ragender Oxidationsschutz bei guter Qualität der Schmelze erreicht und der Einsatz giftiger
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und/oder umweltschädlicher Schutzgase vermieden. Die verbleibenden freien Schmelzenoberflä- chenbereiche werden in ausreichendem Masse bei geschlossenen Schächten mit CO2-haltigem schwefelfreiem Schutzgas geringer Menge bzw. bei Reinigungsarbeiten od. dgl., wenn die Schächte geöffnet werden, bedarfsweise mit schwefelhaltigem Gas geringer Menge geschützt.
Die erforderliche Schutzgasmenge für das gesamte Aufbereitungsverfahren wird dabei im Verhältnis der geringen freien Schmelzenoberflächen zur sonst üblichen ganzen, der Umgebungsluft ausgesetzten Schmeizenoberfläche reduziert. Auch die entstehende Schlackenmenge, die von der luftbeaufschlagten Schmelzenoberfläche abhängt, wird ebenfalls im entsprechenden Verhältnis verringert, wobei es keine Beschränkung hinsichtlich der Schmelztemperaturen gibt.
Vorteilhafterweise verläuft die Decke wenigstens bis zu einem Niveau oberhalb der Ausmündung des Beschickungsschachtes hin ansteigend oder weist die Decke zwischen Beschickungsund Entnahmeschacht einen Abschnitt mit in den Schmelzenraum vorragendem, vorzugsweise V-förmigem Verlauf auf. Dieser Deckenverlauf hat zur Folge, dass die in geringer Menge vorhandenen Verunreinigungen und Schlackenteilchen der Schmelze aufschwimmen und der Deckenneigung entlang hochsteigen, so dass diese Partikel über eine geeignete, mit einem Deckel verschliessbare Reinigungsöffnung im Bereich der höchsten Deckenlage bedarfsweise abgezogen werden können.
Ein gleichzeitig in Richtung zum Beschickungsschacht hin abfallender Boden des Schmelzenraumes bewirkt durch seine Neigung ein Ansammeln von absinkenden Verunreinigungen im Anfangsbereich des Schmeizenraumes, wodurch im Bereich des Entnahmeschachtes für eine möglichst reine Schmelze gesorgt ist.
Um die freien Oberflächenbereiche der Schmelze vor einer Oxidationsreaktion zu schützen, münden Zu- bzw. Ableitungen eines Schutzgasversorgungssystems in die jeweiligen Schächte.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand rein schematisch veranschaulicht, und zwar zeigen
Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemässen Schmelzofen jeweils im
Längsschnitt.
Ein Schmeizofen 1 zum Aufbereiten von Magnesiumschmeize S bildet einen bis zu einer vorbestimmten Füllstandshöhe H Schmelze aufnehmenden Schmeizenraum 2, der nach oben hin durch eine Decke 3 gasdicht abgeschlossen ist. Eine Trennwand 4 unterteilt den Schmelzenraum 2 in zwei über eine Durchströmöffnung 5 miteinander verbundene Kammern, eine Schmelzenkam- mer 6 und eine Entnahmekammer 7, wobei der Schmeizenkammer 6 ein Beschickungsschacht 8 und der Entnahmekammer 7 ein Entnahmeschacht 9 zugehören.
Die Decke 3 besitzt gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 einen durchgehenden, vom Entnahmeschacht 9 zum Beschickungsschacht 8 hin ansteigenden Verlauf, gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weist die
Decke 3 zwischen Beschickungsschacht 8 und Entnahmeschacht 9 einen Abschnitt 10 mit in den Schmelzenraum 2 vorragendem, V-förmigem Verlauf auf. Der V-förmige Verlauf ergibt eine Einengung 11 des Schmeizenraumes 2, die gegebenenfalls eine Trennwand (strichlierte Darstellung) erübrigt und alleine zur Unterteilung des Schmeizenraumes 2 in die Schmelzen-und Entnahme- kammern führt. Der Boden 12 des Schmelzenraumes ist zum Beschickungsschacht 8 hin abfallend geneigt und der Schmeizenraum 2 wird über nicht weiter dargestellte Heizeinrichtungen in den Seitenwänden zum Schmelzen und Aufbereiten des Magnesiums beheizt.
Die Füllstandshöhe H des Schmelzenraumes liegt im Höhenbereich der Beschickungs- bzw.
Entnahmeschächte 8, 9, so dass die Decke 3 vollständig oder zumindest mit ihrem Mittelabschnitt
10 unterhalb des Schmelzenniveaus liegt und in die Schmelze S eintaucht, wodurch im Schmel- zenofen 1 nur im Bereich der Schächte 8, 9 freie Schmelzenoberflächen 0 auftreten. Damit kommt es zu einem optimierbaren Oxidationsschutz für die Schmelze S auch ohne Einsatz grösserer Schutzgasmengen und das Entstehen von Oxidationsreaktionsprodukten und Schlacke kann auf einfache Weise verhindert werden.
Beim Ofenbetrieb wird festes Rohmaterial aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung über eine Schleuse 13 und den Beschickungsschacht 8 in den Schmelzenraum 2 eingebracht, wobei der Beschickungsschacht 8 in die Schmelze S hineinragt, wodurch die beim Aufschmelzen freiwerdenden Verunreinigungen und Oxidationsprodukte aufschwimmen und zum grössten Teil innerhalb des Beschickungsschachtes 8 verbleiben. Nur ein geringer Teil dieser Verunreinigungen gelangt in die vollständig mit Schmelze S gefüllte Schmeizenkammer 6, wo sie aufsteigen und sich aufgrund der Deckenneigung im Bereich der entsprechend hochliegenden, mit Deckeln 14
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verschlossenen Reinigungsöffnungen 15 ansammeln.
Der sich bodenwärts absetzende Schlamm sammelt sich aufgrund der Bodenneigung unterhalb des Beschickungsschachtes 8 bzw. der zugehörigen Entnahmeöffnung 15, wobei die Trennwand 4 bzw. die Engstelle 11 ein Eindringen von Verunreinigungen und Schlackenteilchen in die Entnahmekammer 7 weitgehend verhindern.
In der Entnahmekammer 7 befindet sich im wesentlichen reine Schmelze, die über den Entnahmeschacht 9 mittels einer nicht weiter dargestellten Pumpe oder durch Unterdruckbeaufschlagung entnommen und einer Giessvorrichtung od. dgl. zugeführt wird.
Zur Reinigung des Schmelzenraumes 2 können nach Absenken des Schmeizenniveaus und Betätigen entsprechender Be- und Entlüftungseinrichtungen 16 die Deckel 14 geöffnet werden, weiche Be- und Entlüftungseinrichtungen 16 auch für den Druckausgleich beim Befüllen des Schmelzenraumes sorgen.
Um die freien Oberflächenbereiche 0 der Schmelze vor einer Oxidationsreaktion zu schützen, werden die Beschickungs- bzw. Entnahmeschächte 8, 9 mit Schutzgas beaufschlagt, wozu nur angedeutete Zu- und Ableitungen 17 eines Schutzgasversorgungssystems vorgesehen sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schmelzofen, insbesondere zum Aufbereiten von Magnesiumschmelze, mit einem bis zu einer vorbestimmten Füllstandshöhe Schmelze aufnehmenden Schmelzenraum, der nach oben hin durch eine geneigte Decke abgeschlossen und gegebenenfalls durch wenigstens eine Trennwand in über wenigstens eine Durchströmöffnung miteinander verbundene
Kammern unterteilt ist und dem eingangsseitig eine Beschickungsöffnung für eine Materi- alzugabe und ausgangsseitig eine Entnahmeöffnung für eine Schmelzenentnahme zuge- hören, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickungs- und Entnahmeöffnungen durch
Schächte (8, 9) gebildet sind, die unter das Niveau der Füllstandshöhe der Schmelze (S) ragen und dass in der Decke (3) oberhalb der unteren Mündungsöffnung des Beschi- ckungsschachtes (8)
eine verschliessbare Reinigungsöffnung für sich aufgrund der Decken- neigung ansammelnde Verunreinigungen der Schmelze (S) vorgesehen ist.