DE10114179A1 - Vorrichtung zum Einschmelzen von Aluminiumschrott - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von Aluminiumschrott in einem Drehtrommelofen (1) mit einem Brenner (3), einer Sauerstoffzufuhr (4), einem Abzug (5) mit Messgerät (6) im Abgas und einer Steuerung (8). Um auch stark mit organischen Materialien kontaminiertes Aluminium sicher einschmelzen zu können, wird der Sauerstoffgehalt des Abgases gemessen und dieser Wert als Führungsgröße der Steuerung beim Einschmelzen des Aluminiums verwendet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von kontaminiertem
Aluminiumschrott in einem Drehtrommelofen mit einem Brenner, einer
Sauerstoffzufuhr, einem Abzug, einem Messgerät im Abgas und mit einer Steuerung.
In Metallschmelzöfen, wie Drehtrommelöfen, in denen Recyclingmaterial, insbesondere
Aluminiumschrotte rückgewonnen werden, entstehen häufig Schwelgase und Abgase
mit hohen Konzentrationen an unerwünschten Kohlenstoffverbindungen, wie
Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid. Da die eingesetzten Aluminiumschrotte
häufig Lackierungen, Kunststoffbeschichtungen und ähnliche Verunreinigungen
enthalten, entsteht beim Erhitzen dieser Materialien ein Dampf, der diese
unerwünschten Stoffe enthält. Diese Stoffe werden pyrolisiert und zum Teil verbrannt
oder aufoxidiert oder aber - im schlechtesten Fall - in giftige dioxin- oder furanhaltige
Komponenten umgewandelt. Eine vorherige Reinigung und Entfernung der
Kunststoffkomponenten würde dieses Problem vermeiden, ist jedoch zu aufwendig.
Zur Behandlung solcher Aluminiumschrotte ist aus der EP 666328 A1 ein Verfahren
bekannt, bei dem der Schrott durch eine spezielle Schwelkammer in den Schmelzherd
eingeführt wird. Durch die langsame Erwärmung in der Schwelkammer werden die
organischen Stoffe pyrolysiert und in der Ofenatmosphäre weiter umgewandelt.
Nachteilig dabei ist, dass der Schrott relativ kleinteilig zugegeben werden muss, damit
er in den relativ engen Schwelkanal eingeführt werden kann.
Aus der EP 475128 B1 ist ein Verfahren zum Verringern von schädlichen
Verbindungen in den Abgasen eines brennbefeuerten Schmelzofens bekannt, bei dem
sauerstoffreiches Gas in einer Gegenströmung zugeführt wird. Die Vorrichtung
erfordert einen speziellen Ofen, in dem die Richtung des Brenners und die Richtung
der Sauerstofflanzen vorgegeben sind. Sie eignet sich nicht für
Drehtrommelofenanlagen, die nur eine Öffnung an einer Seite haben.
Aus der EP 756014 A1 ist ein Verfahren zum Einschmelzen von Aluminiumschrott in
einen Drehtrommelofen bekannt, bei dem ein Brenner vorgesehen ist, eine
Sauerstoffzufuhr und ein Abzug für die verbrannten Gase, in dem ein Messgerät im
Abgas angeordnet ist. Diese Vorrichtung bildet den Oberbegriff des Anspruchs 1. Das
dort beschriebene Messgerät misst die Konzentration der Kohlenwasserstoffe im
Abgas und regelt darüber die Sauerstoffzufuhr zur Flamme. Es hat sich nun im Betrieb
herausgestellt, dass diese Anlage beim Einschmelzen von hochkontaminierten
Aluminiumschrotten nicht ausreichend sicher fahrbar ist, da allein die Messung der
Kohlenwasserstoffe im Abgas keine ausreichende Information über die Menge des
pyrolysierten Kohlenwasserstoffmateriales ergibt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine solche Vorrichtung dahingehend zu
verbessern, dass auch hochkontaminierte Aluminiumschrotte sicher und
umweltverträglich in großen Chargen eingeschmolzen werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Ausführungen der Erfindung sind Gegenstände von
Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird im Abgas der O2-Gehalt gemessen und dieser Wert als
Führungsgröße für die Steuerung bei der Pyrolyse der Verunreinigungen und/oder
beim Einschmelzen des Aluminiums verwendet. Die Verwendung des Sauerstoffwertes
im Abgas ergibt ein sicheres Regelkriterium, nach dem der Ofen gefahren werden
kann. Werden bei Beginn der Schmelze hohe Mengen an Kohlenwasserstoffen
pyrolysiert, ohne vollständig zu verbrennen, so sinkt der Sauerstoffgehalt in der
Ofenatmosphäre. Die Regelung nach der Sauerstoffmenge im Abgas lässt eine
wesentlich feinere und empfindlichere Dosierung der Steuerung des Verfahrens zu als
die Regelung nach dem CO-Wert oder nach den Kohlenwasserstoffen im Abgas.
In einer Ausführung der Erfindung wird auch der CO-Gehalt des Abgases als Messwert
aufgenommen. Dieser Messwert wird bevorzugt als Sicherheitsgröße verwendet. Die
Regelung des Verfahrens erfolgt dann über den O2-Wert, während die CO-Messung
als Sicherheitsgröße übergeschaltet ist und erst bei Überschreiten eines bestimmten
Grenzwertes die Vorrichtung abschaltet. Diese Sicherheitsregelung erhöht die
Gesamtsicherheit der Anlage nochmals. Mit dieser doppelten Absicherung ist das
Abschwelen in die Verbrennung der entstehenden Schwelgase im Ofengefäß
ausreichend zuverlässig gewährleistet.
Der Messwert des Sauerstoffgehalts und/oder der Messwert des CO-Gehalts steuern
bevorzugt die Drehbewegung des Ofens und/oder das Einblasen von Sauerstoff im
sicheren Zustand. Der Brenner ist zur Sicherheit immer in Betrieb und dient als
Pyrolyseflamme. Das Anhalten der Drehbewegung des Drehtrommelofens verursacht
eine kleinere Aluminiumoberfläche und dadurch eine geringere Pyrolyse der
Komponenten. Dadurch kann der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre wieder ansteigen
und kann so immer im sicheren Bereich gehalten werden. Erkennt die Regelung dann,
dass weniger pyrolysiert wird, kann der Ofen in Schritten wieder angefahren werden,
wodurch die Aluminiumoberfläche größer wird und wieder eine neue Pyrolyse
stattfinden kann, bei der neue Kohlenwasserstoffe zu CO verbrannt werden. Dieses
kann durch Zugeben von O2 vollständig zu CO2 verbrannt werden oder, wenn das nicht
reicht, wieder zu einem Stillsetzen des Ofens führen, wodurch die Pyrolyse wieder
verringert wird. Auf diese Weise kann der Ofen sicher automatisch gefahren werden,
auch wenn sehr große Mengen an organischen Verunreinigungen am Aluminium
haftend zugegeben wurden. Reinigungs- und Zerkleinerungsschritte vor dem
Einschmelzen können so entfallen, wodurch der Gesamtbetrieb der Anlage billiger
wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Drehtrommelofen (1) mit der Tür (2), die sowohl zum Beschicken
als auch zum Verschließen des Ofens (1) dient. In dieser Ausführung ist in der Tür (2)
ein Sauerstoffbrennstoffbrenner (3) angeordnet, der die Hitze für den Schmelzbetrieb
bringt. Weiterhin enthält die Tür (2) in diesem Ausführungsbeispiel mehrere
Sauerstofflanzen (4), die in der Nähe der Brennerflamme angeordnet sind und den
Sauerstoffgehalt in der Ofenatmosphäre wesentlich beeinflussen bzw. vergrößern
können. In der Tür (2) ist hier auch noch ein Abgaskanal (5) angeordnet, in dem eine
Rauchgassonde (6) und ein Thermoelement (7) angeordnet sind. Die Messwerte des
Messgerätes (6) und des Thermoelements (7) werden an eine Steuerung (8) geleitet,
die sowohl die Drehung des Ofens (1) und die Sauerstoffzufuhr zu den Lanzen (4)
regelt.
Zum Beginn des Einschmelzvorgangs wird die Tür (2) geöffnet und der Ofen (1) wird
mit Aluminiumschrott gefüllt, der grobstückig sein kann. Der Brenner startet und die Tür
(2) wird dann geschlossen. Zunächst steht der Ofen (1). Die Flamme des Brenners (3)
erhitzt den Aluminiumschrott und führt zum Beginn einer Pyrolyse der organischen
Komponenten. Die Pyrolyse wird über die Sauerstoffmessung im Abgas erkannt. Bei
zu niedrigen Sauerstoffwerten bleibt der Ofen (1) stehen. Ist die Pyrolyse beendet, z. B.
wenn der Sauerstoffgehalt wieder über 14% ansteigt, wird der Ofen in
Drehbewegung gesetzt und dreht sich für eine bestimmt vorgegebene Ofendrehzeit
weiter. Dann wird im Abgas wieder der Gehalt des Sauerstoffs gemessen. Treten
unverbrannte Schwelgase im Abgas auf, werden diese also erkannt durch ein
spezielles Schmelzprogramm wird über die Lanzen (4) Sauerstoff in das Ofengefäß (1)
geblasen. Dies führt zu einer Verbrennung der Schwelgase im Ofen (1). Ist durch den
eingesetzten Schrott der Anfall an Schwelgasen so hoch, dass die Gase nicht mehr
vollständig im Ofen (1) verbrannt werden können, so wird dies vom Messgerät (6)
erkannt, die Drehung des Ofens wird gestoppt und der Ofen in den sicheren Zustand
versetzt. Dies reduziert die weitere Entstehung von Schwelgasen. Werden vom
Messgerät (6) dann nach einiger Zeit keine Schwelgase mehr im Abgas erkannt, dreht
der Ofen (1) entsprechend der programmierten Werte weiter. Dieser Vorgang kann
sich je nach Schrott mehrmals wiederholen, wobei eine Verfahrensführung entweder
manuell oder automatisch erfolgen kann. Sind alle organischen Anhaftungen verbrannt,
wird im Ofen (1) konventionell mit dem Sauerstoffbrenner (3) fertig geschmolzen. Die
übergeordnete CO-Überwachung schaltet z. B. bei CO-Gehalten über 3% die Anlage
ab und versetzt den Ofen (1) in den sicheren Zustand (Ofen (1) steht, Brenner (3) in
Stufe 1 und die O2-Lanzen (4) werden nacheinander zugetaktet). Wird ein CO-Gehalt
< 1,5% vom Messsystem erkannt, werden die selbigen eingestellten, technologischen
Parameter wie vor der Aktivierung des Sicherheitsmodus zum weiteren Betrieb des
Ofens (1) herangezogen.
Claims (5)
1. Verfahren zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminiumschrott in einem
Drehtrommelofen (1) mit einem Brenner (3), einer Sauerstoffzufuhr (4), einem
Abzug (5) mit Messgerät (6) im Abgas und einer Steuerung (8), dadurch
gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt des Abgases gemessen wird und
dieser Wert als Führungsgröße der Steuerung bei der Pyrolyse der
Verunreinigungen und/oder beim Einschmelzen des Aluminiums verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch der CO-Gehalt
gemessen wird und als Sicherheitsgröße dient.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuerung die Drehung des Ofens (1) und/oder die Einblasung von Sauerstoff
beeinflusst.
4. Vorrichtung zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminiumschrott mit einem
Drehtrommelofen (1), einem Brenner (3), einer Sauerstoffzufuhr (4), einem Abzug
(5) mit Messgerät (6) im Abgas und einer Steuerung (8), dadurch gekennzeichnet,
dass das Messgerät (6) ein Sauerstoffdetektor ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein CO-
Detektor im Abgas vorgesehen ist.
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