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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Aluminiumteilchen, mit einem Schmelzbad mit flüssigem Aluminium und mit einer Zuführvorrichtung für Aluminiumteilchen.
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Aluminium ist ein relativ gut recyclebares Material. Es ist dabei bekannt, Aluminiumabfälle wie beispielsweise Aluminiumspäne, wie sie beispielsweise bei der Produktion von Alufelgen oder auch bei der Bearbeitung von Großserienteilen aus Aluminium anfallen, durch Aufschmelzen zu recyclen. Hierzu werden diese Aluminiumteilchen üblicherweise in ein Schmelzbad eingerührt. Hierbei werden z. B. in einem Schmelzbad Rührer eingesetzt, die auf die Oberfläche des Schmelzbades aufgegebene Aluminiumteilchen in das Schmelzbad einarbeiten.
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Dies hat allerdings mehrere Nachteile: Zum einen verschleißen die Rührer und müssen deshalb in regelmäßigen Abständen ausgewechselt werden. Dies ist zeit- und kostenaufwändig.
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Zum anderen erfolgt das Einrühren bzw. Einarbeiten der Teilchen relativ langsam: Die Verweildauer von entsprechenden Aluminiumteilchen an der Oberfläche des Schmelzbades beträgt ein bis zwei Sekunden und kann auch bis zu fünf Sekunden betragen.
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Hierdurch lässt sich eine unerwünschte Bildung von Oxiden an den relativ großen Oberflächen der Aluminiumteilchen nicht verhindern. Dies führt aber auch dazu, dass dem Schmelzbad größere Mengen an Zuschlagstoffen zugesetzt werden müssen, um diese Oxide zu binden, was den Nachteil einer hohen Schlackenproduktion mit sich bringt. Außerdem wird durch die Bildung von derartigen Aluminiumoxiden die Ausbeute an recyceltem Aluminium verschlechtert. Man geht davon aus, dass beim Recyclen 2 bis 4% Verlust aufgrund von Abbrand, Oxidbildung etc. kalkuliert werden muss.
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Auch bei anderen Verfahren, bei denen z. B. die flüssige Schmelze abgesaugt wird und bei denen in den sich bildenden Strudel dann Späne eingestreut werden, hat man vergleichbar lange Verweildauern von Aluminiumteilchen an der Oberfläche des Schmelzbads und somit auch vergleichbare Abbrandverluste.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine entsprechende Vorrichtung zum Einschmelzen von Aluminiumteilchen anzugeben, bei der eine verbesserte Einbringung der Aluminiumteilchen in die flüssige Schmelze erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Mischvorrichtung aufweist mit einer Mischkammer, in die Flüssigaluminium bzgl. einer im Wesentlichen senkrechten Mittelachse mit einer tangentialen Richtung und aufzuschmelzende Aluminiumteilchen in hierzu quer ausgerichteter Richtung vorzugsweise axial eingeführt werden.
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Durch das Vorsehen einer entsprechenden Mischkammer, bei der flüssiges geschmolzenes Aluminium in tangentialer Richtung eingebracht wird, erhält man einen hohen relativen Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Aluminiumschmelze und den Aluminiumteilchen. Die Aluminiumteilchen werden damit besonders schnell von der flüssigen Schmelze mitgerissen und tauchen sehr schnell in diese ein. Hierzu können die Aluminiumteilchen in einer im Wesentlichen axialen Richtung in die Mischkammer eingeführt werden. Es ist aber bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, die Aluminiumteilchen in einer Radialrichtung bzgl. der Mischkammer zu führen. Hierdurch werden die Aluminiumteilchen quasi in das an der Zuführöffnung vorbeiströmende flüssige Aluminium eingeschossen.
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Auch so sind die Aluminiumteilchen dann vollständig vom flüssigen Aluminium umgeben und die Bildung von unerwünschtem Aluminiumoxid wird sicher vermieden.
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Außerdem ist bei einer derartigen vollumfänglichen Überdeckung der Aluminiumteilchen mit flüssigem Aluminium ein sehr schneller Temperaturübergang möglich und das eigentliche Aufschmelzen der Aluminiumteilchen wird hierdurch weiter beschleunigt.
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Der Vorteil einer solchen Vorrichtung liegt somit darin, dass sie mit einer geringeren Oxiderzeugung zu betreiben ist, und somit der Verlust durch Abbrand etc. deutlich verringert werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Einschmelzen von Aluminiumteilchen dabei mit einer Pumpvorrichtung versehen, die das flüssige Aluminium aus dem Schmelzbad zu der genannten Mischvorrichtung pumpt.
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Hiermit kann die Geschwindigkeit, mit der das geschmolzene flüssige Aluminium in die Mischkammer tritt, bedarfsgerecht gesteuert werden. Außerdem ermöglicht das Vorsehen einer entsprechenden Pumpe eine größere konstruktive Freiheit bezüglich der Position der Mischvorrichtung.
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Eine solche Pumpe kann beispielsweise eine übliche Flüssigkeitspumpe sein.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Pumpvorrichtung aber eine elektromagnetische Pumpe vorgesehen. Hierdurch kann eine bedarfsgerechte Pumpleistung bereitgestellt werden. Außerdem haben derartige Pumpen keinen relevanten Verschleiß, so dass die Vorrichtung betriebssicherer wird.
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Bezüglich der vorgesehenen Mischkammer ist insbesondere vorgesehen, dass sie im Bereich der tangentialen Einführung des flüssigen Aluminiums im Wesentlichen kreisförmig ist und sich von diesem Einführungsbereich in einen sich nach unten verjüngenden konischen Abschnitt übergeht.
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Durch diese spezielle Form wird eine entsprechende Beschleunigung des durch die Mischkammer kreisend nach unten strömenden flüssigen Aluminiums bewirkt. Die Strömung innerhalb der Mischkammer ist in etwa mit der Strömung in einem Zyklon vergleichbar.
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Am unteren Ende des konischen Abschnittes geht die Mischkammer dann in einen in Axialrichtung verlaufenden Auslass über. Ein solcher axialer Auslass hat den Vorteil, ein großes Schluckvermögen zu haben. Demgegenüber hätte ein ebenfalls möglicher radialer oder tangentialer Auslass den Nachteil, dass die Strömung des flüssigen Aluminiums einer weiteren Umlenkung ausgesetzt und damit abgebremst würde.
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Um auch größere Mengen von Aluminiumteilchen in der Mischkammer in die dort rotierende Flüssigaluminiumströmung einzubringen, ist es im Rahmen der Erfindung, die Öffnung für die Zuführvorrichtung, mit der Aluminiumteilchen zugeführt werden, zentrisch am oberen Ende der Mischkammer vorzusehen. Auf diese Weise in die Mischkammer eingeführte Aluminiumteilchen haben damit die Möglichkeit, sich über die gesamte Oberfläche des von der rotierenden Flüssigkeit gebildeten Strudels zu verteilen.
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Damit kann auch eine größere Menge von Aluminiumteilchen schnell in das kreisend strömende Flüssigaluminium eingebracht werden.
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Es ist aber auch im Rahmen der Erfindung, eine entsprechende Öffnung der Zuführvorrichtung exzentrisch vorzusehen. Damit wird eine hohe Geschwindigkeitsdifferenz zwischen auftreffenden Aluminiumteilchen und der kreisenden Flüssigaluminiumströmung bewirkt und die auftreffenden Aluminiumteilchen werden in kurzer Zeit in das Innere der Flüssigaluminiumströmung hineingerissen.
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Als Material für die Wandung der Mischkammer hat sich insbesondere eine feuerfeste Ausmauerung als vorteilhaft herausgestellt, da diese mit dem flüssigen Aluminium nur sehr gering reagiert und somit hohe Standzeiten bei geringen Kosten gewährleistet.
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Es sei noch erwähnt, dass die Zuführvorrichtung für die Aluminiumteilchen auch einen Vorwärmer für die aufzuschmelzenden Aluminiumteilchen aufweisen kann, um dann ein zu starkes Abkühlen des Flüssigaluminiums in der Mischkammer zu verhindern und so der Vorrichtung eine höheren Schmelzleistung zu ermöglichen.
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Besonders vorteilhaft ist dabei zu sehen, dass diese Schmelzleistung kontinuierlich zu erbringen ist und die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht wegen chargenweisem Betrieb regelmäßig abzuschalten ist. Damit lässt sich eine hohe Produktivität der Anlage erreichen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt
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1 die Skizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In der 1 erkennt man eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Prinzipskizze.
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Ein Schmelzofen 1 ist in seinem unteren Bereich mit einer feuerfesten Ausmauerung 2 versehen in der ein Schmelzbad 3 aus flüssigem Aluminium steht. Dieses Schmelzbad wird in üblicher Weise beheizt. Das flüssige Aluminium wird zum Teil durch ein Absaugrohr 4 abgesaugt und mittels einer Pumpe 5 zu einer Mischvorrichtung 6 geführt.
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Bei der Pumpe 5 handelt es sich bei dieser speziellen Ausführungsform um eine elektromagnetische Pumpe, die das flüssige Aluminium berührungslos durch das Absaugrohr 4 transportieren kann.
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Das durch das Absaugrohr 4 strömende Aluminium wird an dessen oberen Ende in Tangentialrichtung durch eine tangentiale Einführung 9 in eine Mischkammer 7 eingeleitet. Diese Mischkammer ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Mittelachse 8.
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Dabei ist die Mischkammer 7 im Bereich der Einführung 9 im Wesentlichen kreisförmig und geht von da aus in einen sich konisch verjüngenden Abschnitt 10 über, der an seinem unteren Ende einen axialen Auslass 11 aufweist. Indem der Auslass 11 unter der Oberfläche des Schmelzbades 3 endet, wird eine ruhigere Einströmung des aufgeschmolzenen Aluminiums in das Schmelzbad erreicht.
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Durch die genannte Form der Mischkammer 7 wird das durch die Einführung 9 strömende Flüssigaluminium in einer Wirbel- bzw. Zyklonströmung kreisend nach unten zum axialen Auslass 11 geführt.
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Parallel zur Mittelachse 8 wird dabei durch ein Zuführrohr 12 ein möglich kontinuierlicher Strom an Aluminiumteilchen in den sich dabei bildenden Wirbel bzw. Strudel eingeführt, wobei dieser Strom an Aluminiumteilchen über eine Fördervorrichtung 14 gesteuert wird, die von einem Motor 13 geregelt angetrieben wird. Bei der genannten Fördervorrichtung kann es sich beispielsweise auch um eine Heiz-Trommel oder einen Drehofen handeln, mit dem die Aluminiumteilchen auch vorgewärmt werden können. Die Aluminiumteilchen werden insbesondere über eine (nicht näher dargestellte) Aufgabevorrichtung 15 dem Gesamtsystem kontinuierlich zugeführt.
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Indem die Aluminiumteilchen durch das Zuführrohr 12 in den sich in der Mischkammer 7 bildenden Wirbel bzw. Strudel von Flüssigaluminium eingestreut werden, erfolgt hier eine sehr schnelle Vermischung von Aluminiumteilchen und flüssigem Aluminium, was mit einer hohen Aufschmelzleistung für die genannten Aluminiumteilchen einhergeht bei gleichzeitig geringer Bildung von Oxiden oder Abbrand.
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Am unteren Ende des Zuführrohres 12 kann auch eine Abwinkelung 16 vorgesehen sein. Diese führt dazu, dass die zugeführten Aluminiumteilchen aus einer axialen Fallrichtung in eine radiale Bewegungsrichtung umgelenkt werden und so in einer radialen Richtung auf die kreisende Flüssigaluminiumströmung treffen. Hierdurch ist eine weitere Verbesserung des Aufschmelzverhaltens erreichbar.
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Damit die Mischkammer eine ausreichende Standzeit hat, ist sie entweder feuerfest ausgemauert oder besteht vollständig aus entsprechend feuerfestem Material. Dieses Material ist zum einen relativ preiswert. Zum anderen hat es gegenüber Aluminium oder auch flüssigem Aluminium aber auch eine gute chemische Widerstandskraft.
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Es ist dabei im Rahmen der Erfindung, auch die Mischkammer 7 oder aber den oberhalb des Schmelzbades 3 befindlichen Bereich innerhalb des Schmelzofens 1 mit Inertgas zu füllen, um eine weitere Verringerung von unerwünschtem Abbrand zu erzielen.
