DE102013012831A1 - Process for melting contaminated aluminum - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminium (101) in einem Drehtrommelofen (100), einen Drehtrommelofen (100) und eine Verwendung eines Gasgemischs (111). Der Drehtrommelofen (100) wird mittels eines Brenners (110) beheizt, wobei der Brenner (110) mit einem Gasgemisch (111) aus Brennstoff, Sauerstoff und Luft befeuert wird, wobei der Brenner (110) mit dem Gasgemisch (111) in einem Mischverhältnis von Brennstoff, Sauerstoff und Luft derart befeuert wird, dass der Brenner (110) in einem überstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert größer als 1 befeuert wird.The present invention relates to a method for melting contaminated aluminum (101) in a rotary drum furnace (100), a rotary drum furnace (100), and a use of a mixed gas (111). The rotary drum furnace (100) is heated by means of a burner (110), wherein the burner (110) is fired with a gas mixture (111) of fuel, oxygen and air, wherein the burner (110) with the gas mixture (111) in a mixing ratio of fuel, oxygen and air is fired so that the burner (110) is fired in a superstoichiometric combustion ratio with a lambda value greater than 1.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminium in einem Drehtrommelofen sowie einen Drehtrommelofen, wobei der Drehtrommelofen mittels eines Brenners beheizt wird und der Brenner mit einem Gasgemisch aus Brennstoff, Sauerstoff und Luft befeuert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines Gasgemischs aus Brennstoff, Sauerstoff und Luft für einen Brenner eines Drehtrommelofens zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminium.The invention relates to a method for melting contaminated aluminum in a rotary drum furnace and a rotary drum furnace, wherein the rotary drum furnace is heated by a burner and the burner is fired with a gas mixture of fuel, oxygen and air. The invention further relates to a use of a gas mixture of fuel, oxygen and air for a burner of a rotary drum furnace for melting contaminated aluminum.
Stand der TechnikState of the art
Kleinstückeliger Aluminiumschrott, insbesondere Aluminiumspäne, aber auch Dosen- und Folienschrott, weisen im allgemeinen organische Verunreinigungen in Form von Schneidmitteln, Ölen, Lacken, Kunststoffen und dgl. auf. Einschmelzen von derartigem kontaminiertem Aluminium erfolgt heute vor allem in Drehtrommelofen. Mittels derartiger Drehtrommelöfen wird eine Schmelzraffination bzw. eine Aufarbeitung des kontaminierten Aluminiums ermöglicht. Um die hierfür notwendigen Temperaturen zu erzeugen, wird der betreffende Drehtrommelofen über einen Brenner von innen beheizt, wobei eine gleichförmige Trommeldrehung zur Umschichtung und Mischung des in den Drehtrommelofen eingebrachten und zu schmelzenden Materials sorgt.Kleinstückeliger aluminum scrap, especially aluminum shavings, but also cans and scrap film, generally have organic impurities in the form of cutting agents, oils, paints, plastics and the like. Melting of such contaminated aluminum takes place today especially in rotary drum furnace. By means of such rotary drum furnaces, a melt refining or a working up of the contaminated aluminum is made possible. In order to produce the necessary temperatures for this, the rotary drum furnace in question is heated from the inside via a burner, wherein a uniform drum rotation ensures the switching and mixing of the material introduced into the rotary drum furnace and to be melted.
Ein derartiger Drehtrommelofen ist beispielsweise aus der
Aus der
Aluminium reagiert sehr schnell mit Sauerstoff zu Aluminiumoxid. In Drehtrommelöfen kann es somit zu einer Oxidation des Aluminiums kommen, was zu einem Metallverlust führt. Brenner eines Drehtrommelofens, die mit einem Brennstoff-Luft-Sauerstoff-Gemisch betrieben werden, werden dabei stets in einem unterstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert kleiner als 1 betrieben. Durch den Sauerstoffmangel des unterstöchiometrischen Verhältnisses kann eine unerwünschte Oxidation des Aluminiums begrenzt werden.Aluminum reacts very quickly with oxygen to form alumina. In rotary drum furnaces, oxidation of the aluminum can thus occur, which leads to metal loss. Burners of a rotary drum furnace, which are operated with a fuel-air-oxygen mixture, are always operated in a substoichiometric combustion ratio with a lambda value less than 1. Oxygen deficiency of the stoichiometric ratio can limit unwanted oxidation of the aluminum.
Durch den unterstöchiometrischen Betrieb eines Brenners ergeben sich allerdings erhebliche Nachteile und Probleme eines entsprechenden Drehtrommelofens zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminium. Einerseits kann dabei nur ein geringer Wirkungsgrad erzeugt werden und es entstehen bei hohen Temperaturen hohe Metallverluste bzw. hoher Aluminiumabbrand. Andererseits entstehen große Mengen an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Hierdurch ergibt sich ein hohes Sicherheits- und Gesundheitsrisiko. Insbesondere kann eine zulässige maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK) durch das entstehende Kohlenmonoxid kaum oder überhaupt nicht eingehalten werden. Weiterhin wird auch ein maximal zulässiger Grenzwert von Kohlenstoff im Halbstundenmittel von 50 mg/nm3 überschritten. Typischerweise auftretende Werte von Kohlenstoff im Halbstundenmittel können bei Drehtrommelöfen bei 450 mg/nm3 bis 1000 mg/nm3 liegen.Due to the substoichiometric operation of a burner, however, there are considerable disadvantages and problems of a corresponding rotary drum furnace for melting contaminated aluminum. On the one hand, only a low degree of efficiency can be generated and high metal losses or high aluminum burnup occur at high temperatures. On the other hand, large quantities of carbon monoxide and unburned hydrocarbons are produced. This results in a high safety and health risk. In particular, a permissible maximum workplace concentration (MAK) by the resulting carbon monoxide hardly or not at all be respected. Furthermore, a maximum permissible limit of carbon in the half-hourly average of 50 mg / nm 3 is exceeded. Typically occurring values of carbon in the half-hourly average may be from 3 to 1000 mg / nm 3 for rotary drum furnaces at 450 mg / nm.
Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminium bereitzustellen, bei dem Sicherheits- und Gesundheitsrisiken verringert werden, der Wirkungsgrad erhöht wird und Aluminiumabbrand verringert wird.It is therefore desirable to provide a means for smelting contaminated aluminum which reduces safety and health hazards, increases efficiency, and reduces aluminum burn-up.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminium in einem Drehtrommelofen, einen Drehtrommelofen und eine Verwendung eines Gasgemischs aus Brennstoff, Sauerstoff und Luft für einen Brenner eines Drehtrommelofens gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Der Drehtrommelofen wird dabei mittels eines Brenners beheizt. Der Brenner wird mit einem Gasgemisch aus Brennstoff, Sauerstoff und Luft befeuert. Der Brenner wird mit dem Gasgemisch in einem Mischverhältnis von Brennstoff, Sauerstoff und Luft derart befeuert, dass der Brenner in einem überstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert größer als 1 befeuert wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a method for melting contaminated aluminum in a rotary drum furnace, a rotary drum furnace and a use of a gas mixture of fuel, oxygen and air for a burner of a rotary drum furnace according to the independent claims. The rotary drum furnace is heated by means of a burner. The burner is fired with a gas mixture of fuel, oxygen and air. The burner is fired with the gas mixture in a mixing ratio of fuel, oxygen and air so that the burner is fired in a superstoichiometric combustion ratio with a lambda value greater than 1. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.
Unter kontaminiertem Aluminium ist dabei zu verstehen, dass das Aluminium organische Verunreinigungen in Form von beispielsweise Schneidmitteln, Ölen, Lacken und/oder Kunststoffen aufweist. Derartiges kontaminiertes Aluminium bzw. kontaminierter Aluminiumschrott weist dabei insbesondere Aluminium in Form von Aluminiumspänen auf.Under contaminated aluminum is to be understood that the aluminum has organic impurities in the form of, for example, cutting agents, oils, paints and / or plastics. Such contaminated aluminum or contaminated aluminum scrap in particular has aluminum in the form of aluminum chips.
Insbesondere wird Erdgas als Brennstoff für das Gasgemisch aus Brennstoff, Sauerstoff und Luft verwendet. Sauerstoff bzw. Luft dienen insbesondere als Oxidationsmittel.In particular, natural gas is used as fuel for the gas mixture of fuel, oxygen and air. Oxygen or air serve in particular as an oxidizing agent.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, dass es erhebliche Vorteile mit sich bringt, wenn ein Brenner eines Drehtrommelofens zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminium in einem überstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit dem Lambda-Wert größer als 1 mit Sauerstoffüberschuss befeuert wird. Herkömmliche Brenner für derartige Drehtrommelöfen werden stets unterstöchiometrisch betrieben, mit Lambda-Werten von typischerweise zwischen 0,7 und 0,8.The invention is based on the finding that there are considerable advantages when a burner of a rotary drum furnace for melting contaminated aluminum in a superstoichiometric combustion ratio with the lambda value greater than 1 is fired with excess oxygen. Conventional burners for such rotary drum furnaces are always operated stoichiometrically, with lambda values of typically between 0.7 and 0.8.
Erfindungsgemäß wird ein derartiger Brenner nun mit Lambda-Wert von weit mehr als 1 betrieben. Da Aluminium sehr schnell mit Sauerstoff reagiert und dadurch unerwünschter Aluminiumabbrand entsteht, ist es per se kontraintuitiv, den Brenner überstöchiometrisch zu betreiben und somit mehr Sauerstoff für die Oxidation des Aluminiums zur Verfügung zu stellen. Bevorzugt wird der Brenner in einem überstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert von 1,5 bis 10, weiter bevorzugt 5 befeuert.According to the invention, such a burner is now operated with a lambda value of far more than 1. Since aluminum reacts very quickly with oxygen and as a result unwanted aluminum burn-up, it is per se counter-intuitive to operate the burner more than stoichiometrically and thus to provide more oxygen for the oxidation of the aluminum. Preferably, the burner is fired in a superstoichiometric combustion ratio with a lambda value of 1.5 to 10, more preferably 5.
Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch gezeigt, dass mit einem überstöchiometrischen Betrieb eines Brenners Effekte verbunden sind, welche einer unerwünschten Oxidation des Aluminiums vorbeugen. Durch das überstöchiometrische Verbrennungsverhältnis mit dem Lambda-Wert größer als 1 wird eine Flamme des Brenners auf vergleichsweise geringere Temperaturen – im Vergleich zu Brennern in einem unterstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert kleiner als 1 – eingestellt. Insbesondere wird der Brenner dabei mit einer minimalen Brennerleistung betrieben. Das Aluminium wird dabei noch nicht eingeschmolzen, sondern abgeschwelt. Durch diese vergleichsweise geringe Flammentemperatur und das überstöchiometrische Verbrennungsverhältnis mit dem Lambda-Wert größer als 1 wird das kontaminierte Aluminium in dem Drehtrommelofen nur so weit erhitzt, dass organische Bestandteile abgasen. Dabei bildet sich eine Kohlenstoffschicht bzw. Rußschicht auf dem Aluminium. Diese Kohlenstoffschicht dient als eine Schutzschicht und schützt das Aluminium vor einer Reaktion mit Sauerstoff und somit vor Oxidation. Somit kann metallisches Ausbringen erhöht und Aluminiumabbrand verringert werden.In the context of the invention, however, it has been shown that effects are associated with a superstoichiometric operation of a burner, which prevent unwanted oxidation of the aluminum. Due to the superstoichiometric combustion ratio with the lambda value greater than 1, a flame of the burner to relatively lower temperatures - compared to burners in a substoichiometric combustion ratio with a lambda value less than 1 - set. In particular, the burner is operated with a minimum burner power. The aluminum is not yet melted down, but abgeschwwelt. As a result of this comparatively low flame temperature and the superstoichiometric combustion ratio with the lambda value greater than 1, the contaminated aluminum in the rotary drum furnace is only heated to such an extent that organic constituents are exhausted. In this case, a carbon layer or soot layer forms on the aluminum. This carbon layer serves as a protective layer and protects the aluminum from reaction with oxygen and thus from oxidation. Thus, metallic spreading can be increased and aluminum burning can be reduced.
Durch einen hohen Austrittsimpuls, mit welchem der Brennstoff und das Oxidationsmittel den Brenner an einem Brennermund verlässt, in Verbindung mit einer vergleichsweise geringen Flammentemperatur und mit dem überstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit dem Lambda-Wert größer als 1 wird weiterhin gewährleistet, dass Abgase in dem Drehtrommelofen angesaugt, gemischt und dem Drehtrommelofen rückgeführt werden. Durch einen ausreichenden, zweckmäßigen Impuls bzw. eine Impulsstromdichte des Brennstoffs und des Oxidationsmittels, welche dem Brenner und dem Drehtrommelofen zugeführt werden, werden Abgase in dem Drehtrommelofen von dem Brenner angesaugt. Durch dieses Ansaugen wird verhindert, dass die entsprechenden Abgase den Drehtrommelofen verlassen. Stattdessen werden die Abgase mitsamt dem Gasgemisch bzw. der Flamme des Brenners dem Drehtrommelofen rückgeführt. Unter Rückführen der Abgase ist dabei zu verstehen, dass die Abgase daran gehindert werden, den Drehtrommelofen zu verlassen und sich stattdessen wieder in das Innere des Drehtrommelofens bzw. in Richtung eines Zentrums des Drehtrommelofens bewegen. Somit wird eine Zirkulation der Abgase bewirkt. Die Abgase werden dabei in Form eines Zusatzbrennstoffes in die Flamme eingesaugt, vermischt und oxidiert. Diese chemischen Reaktionen bzw. Verbrennungen erzeugen Wärme, die dem Einschmelzprozess in dem Drehtrommelofen zugeführt wird und für den weiteren Einschmelzprozess zur Verfügung steht. Die Wärme wird zum großen Teil an eine Wand bzw. an Wände des Drehtrommelofens übertragen. Die Wand bzw. Wände des Drehtrommelofens überträgt bzw. übertragen die Wärme an das Schmelzgut.By a high exit pulse, with which the fuel and the oxidant leaves the burner at a burner mouth, in conjunction with a comparatively low flame temperature and with the superstoichiometric combustion ratio with the lambda value greater than 1, it is further ensured that exhaust gases are sucked into the rotary drum furnace, mixed and returned to the rotary drum furnace. By a sufficient, suitable pulse or a pulse current density of the fuel and the oxidant, which are supplied to the burner and the rotary drum furnace, exhaust gases are sucked in the rotary drum furnace from the burner. This suction prevents the corresponding exhaust gases from leaving the rotary drum furnace. Instead, the exhaust gases together with the gas mixture or the flame of the burner are returned to the rotary drum furnace. Recirculation of the exhaust gases is understood to mean that the exhaust gases are prevented from leaving the rotary drum furnace and instead move back to the interior of the rotary kiln or toward a center of the rotary kiln. Thus, a circulation of the exhaust gases is effected. The exhaust gases are sucked in the form of an additional fuel into the flame, mixed and oxidized. These chemical reactions or burns generate heat, which is fed to the melting process in the rotary drum furnace and is available for the further smelting process. The heat is transferred to a large extent to a wall or walls of the rotary drum furnace. The wall or walls of the rotary drum furnace transmits or transmit the heat to the melt.
Durch dieses Ansaugen und Rückführen der Abgase wird die Temperatur der Flamme des Brenners weiterhin reduziert und auf einem vergleichsweise geringen Wert gehalten. Insbesondere wird der Brenner derart befeuert, dass eine Impulsstromdichte des Brenners und/oder der Abgase oberhalb eines unteren Grenzwerts eingehalten wird. Dieser untere Grenzwert der Impulsstromdichte beträgt insbesondere 5400 N/m2. Durch kontrolliertes und stabiles Brennen der Flamme des Brenners wird das Ansaugen und Rückführen des Abgases aufrecht erhalten und es wird verhindert, dass das unverbrannte Abgas beispielsweise in eine Abgasleitung bzw. ein Abgassystem bzw. eine Abgashaube gesaugt wird und den Drehtrommelofen verlässt. Ansaugen und Rückführen der Abgase durch den Brenner werden gewährleistet und eine zweckmäßige Eindringtiefe des Brenners und/oder der Abgase in den Drehtrommelofen wird erreicht. Unter der Eindringtiefe ist dabei insbesondere zu verstehen, wie weit sich das Gasgemisch des Brenners bzw. die Abgase in das Innere des Drehtrommelofens bzw. in Richtung eines Zentrums des Drehtrommelofens bewegen. Ein sich ergebender Impulsstrom aus dem Brenner und dem Abgas ist sehr gleichmäßig in der Temperatur und in einer Sauerstoffverteilung. Somit wird erreicht, dass es keine Stellen in dem Drehtrommelofen mit einer örtlichen Überhitzung in Verbindung mit einer hohen Konzentration an Sauerstoff gibt.By this suction and return of the exhaust gases, the temperature of the flame of the burner is further reduced and maintained at a relatively low value. In particular, the burner is fired so that a pulse current density of the burner and / or the exhaust gases is maintained above a lower limit. This lower limit of the pulse current density is in particular 5400 N / m 2 . By controlled and stable burning of the flame of the burner, the suction and return of the exhaust gas is maintained and it is prevented that the unburned exhaust gas is sucked, for example, into an exhaust pipe and an exhaust hood and leaves the rotary drum furnace. Suction and return of the exhaust gases through the burner are ensured and an appropriate penetration depth of the burner and / or the exhaust gases in the rotary drum furnace is achieved. The depth of penetration is to be understood in particular as the extent to which the gas mixture of the burner or the exhaust gases move into the interior of the rotary drum furnace or in the direction of a center of the rotary drum furnace. A resulting pulse stream from the burner and the exhaust gas is very uniform in temperature and in an oxygen distribution. Thus, it is achieved that there are no locations in the rotary drum oven with localized overheating associated with a high concentration of oxygen.
Das Abschwelen des Aluminiums erfolgt durch die Erfindung gezielt, kontrolliert und stabil. Durch die Erfindung kann das Abschwelen des Aluminiumschrotts erheblich beschleunigt werden. Wohingegen gemäß dem Stand der Technik Werte von 15 bis 30 Minuten für das Abschwelen des Aluminiums typisch sind, kann dieses im Sinne der Erfindung in wesentlich kürzeren Zeiträumen, insbesondere in nur zwei Minuten, stattfinden. Der Energieverbrauch und somit die Kosten des Drehtrommelofens bzw. des Einschmelzprozesses können somit verringert werden.The fuming of the aluminum is controlled by the invention, controlled and stable. By the invention, the Abschwelen of Aluminum scrap can be significantly accelerated. Whereas according to the prior art values of 15 to 30 minutes are typical for the defluxing of the aluminum, in the context of the invention this can take place in substantially shorter time periods, in particular in only two minutes. The energy consumption and thus the cost of the rotary drum furnace or the melting process can thus be reduced.
Des Weiteren werden Temperaturen von Abgasen reduziert, beispielsweise auf 270°C gegenüber von beispielsweise 500°C gemäß dem Stand der Technik. Somit werden der (feuerungstechnische) Energieverbrauch des Drehtrommelofens bzw. des Einschmelzprozesses verringert und der Wirkungsgrad erhöht.Furthermore, temperatures of exhaust gases are reduced, for example to 270 ° C compared to, for example, 500 ° C according to the prior art. Thus, the (firing) energy consumption of the rotary drum furnace or the melting process are reduced and increases the efficiency.
Im Zuge der Erfindung wird insbesondere Kohlenmonoxid in dem Drehtrommelofen selbst verbrannt, was eine Senkung der Energiekosten mit sich bringt. Eine Menge an Kohlenmonoxid in der Atemluft wird somit verringert. Eine zulässige maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK) für Kohlenmonoxid kann somit eingehalten werden. Des Weiteren wird auch ein maximal zulässiger Grenzwert von Kohlenstoff im Halbstundenmittel von 50 mg/nm3 nicht überschritten. Sicherheits- und Gesundheitsrisiken werden durch die Erfindung erheblich reduziert.In the course of the invention in particular carbon monoxide is burned in the rotary drum furnace itself, which brings a reduction in energy costs. An amount of carbon monoxide in the breathing air is thus reduced. A permissible maximum workplace concentration (MAK) for carbon monoxide can thus be maintained. Furthermore, a maximum permissible limit of carbon in the half-hourly average of 50 mg / nm 3 is not exceeded. Safety and health risks are considerably reduced by the invention.
Darüber hinaus werden durch die Erfindung weitere erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielt. Rückzündungen in einem Abgassystem sowie eine Überhitzung von insbesondere Abgasleitungen und/oder einer Abgashaube werden reduziert. Eine thermische Belastung einer Ausmauerung bzw. von Wänden des Drehtrommelofens wird reduziert. Somit tritt im Zuge der Erfindung nur ein geringer Feuerfestverschleiß auf.In addition, the invention achieves further significant advantages over the prior art. Flashbacks in an exhaust system as well as overheating of, in particular, exhaust pipes and / or an exhaust hood are reduced. A thermal load on a lining or walls of the rotary drum furnace is reduced. Thus, only a small amount of refractory wear occurs in the course of the invention.
Vorteilhafterweise wird mittels des Mischverhältnisses aus Brennstoff, Sauerstoff und Luft die Temperatur der Flamme des Brenners auf einen Wert oberhalb eines unteren Grenzwerts und/oder unterhalb eines oberen Grenzwerts eingestellt. Der obere Grenzwert beträgt dabei bevorzugt 1400°C, weiter bevorzugt 1250°C bis 1200°C. Der untere Grenzwert wird dabei insbesondere derart gewählt, dass das Aluminium nicht abbrennt, aber dennoch eine sichere Verbrennung gewährleistet ist. Bevorzugt beträgt der untere Grenzwert der Temperatur der Flamme 800°C. Beim Einschmelzen von kontaminiertem Aluminium bei Temperaturen unter 800°C würde die Flamme des Brenners instabil brennen und der Einschmelzprozess zu lange dauern.Advantageously, by means of the mixing ratio of fuel, oxygen and air, the temperature of the flame of the burner is set to a value above a lower limit and / or below an upper limit. The upper limit is preferably 1400 ° C, more preferably 1250 ° C to 1200 ° C. The lower limit is chosen in particular such that the aluminum does not burn, but nevertheless a safe combustion is guaranteed. Preferably, the lower limit of the temperature of the flame is 800 ° C. When smelting contaminated aluminum at temperatures below 800 ° C, the flame of the burner would burn unstably and the melting process take too long.
Vorzugsweise wird der Benner mit dem Gasgemisch in einem Mischverhältnis von 55% bis 59% Sauerstoff, 5% bis 6% Brennstoff und 35% bis 39% Stickstoff befeuert. Um eine stabile Verbrennung zu erhalten und zu gewährleisten, dass die Flamme des Brenners nicht erlischt, wird ein Anteil an Erdgas in dem Mischverhältnis dabei derart gewählt, dass eine Zündgrenze von Erdgas in Luft nicht unterschritten wird. Der Anteil an Erdgas in dem Mischverhältnis beträgt daher insbesondere mindestens 5%. Soweit nicht anders angegeben meint ”%” ”Vol%”.Preferably, the benner is fired with the gas mixture in a mixing ratio of 55% to 59% oxygen, 5% to 6% fuel and 35% to 39% nitrogen. In order to obtain a stable combustion and to ensure that the flame of the burner does not go out, a proportion of natural gas in the mixing ratio is chosen such that an ignition limit of natural gas in air is not undershot. The proportion of natural gas in the mixing ratio is therefore in particular at least 5%. Unless otherwise stated, "%" means "% by volume".
Vorteilhafterweise wird der Brenner mit dem Gasgemisch in dem Mischverhältnis derart befeuert, dass der Drehtrommelofen in einem unterstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert kleiner als 1 betrieben wird. Der Lambda-Wert des Drehtrommelofens ist dabei durch den Brennstoff des Brenners und Abgase bzw. Schwelgase in dem Drehtrommelofen gegeben. Der Brenner wird dabei weiterhin in einem überstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit dem Lambda-Wert größer als 1 befeuert. Somit wird gewährleistet, dass so wenig Aluminium wie möglich verbrennt. Bevorzugt wird der Drehtrommelofen in einem Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert zwischen 0,7 und 0,95, weiter bevorzugt in einem Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert von 0,9 betrieben. Insbesondere wird der Lambda-Wert in dem Drehtrommelofen mittels einer Abgastemperatur eingestellt. Die Abgastemperatur kann dabei beispielsweise mittels Messsonden, insbesondere Infrarot-Messsonden, bestimmt werden. Derartige Messsonden können dabei innerhalb des Drehtrommelofens, in einer Abgasleitung bzw. einem Abgassystem bzw. einer Abgashaube angeordnet sein. Die Abgastemperatur kann auch mittels einer Abgasanalyse bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Lambda-Wert in dem Drehtrommelofen mittels einer Beobachtung bzw. Analyse des Ausflammens der Flamme des Brenners eingestellt werden.Advantageously, the burner is fired with the gas mixture in the mixing ratio such that the rotary drum furnace is operated in a substoichiometric combustion ratio with a lambda value less than 1. The lambda value of the rotary drum furnace is given by the fuel of the burner and exhaust gases or carbonization in the rotary drum furnace. The burner is thereby still fired in a superstoichiometric combustion ratio with the lambda value greater than 1. This ensures that as little aluminum burns as possible. The rotary drum furnace is preferably operated in a combustion ratio with a lambda value between 0.7 and 0.95, more preferably in a combustion ratio with a lambda value of 0.9. In particular, the lambda value in the rotary drum furnace is adjusted by means of an exhaust gas temperature. The exhaust gas temperature can be determined, for example, by means of measuring probes, in particular infrared measuring probes. Such measuring probes can be arranged inside the rotary drum furnace, in an exhaust pipe or an exhaust system or an exhaust hood. The exhaust gas temperature can also be determined by means of an exhaust gas analysis. Alternatively or additionally, the lambda value in the rotary drum furnace can be adjusted by means of an observation or analysis of the flameout of the burner.
Die Erfindung betrifft ein weiteres zweites Verfahren zum Einschmelzen von kontaminiertem Aluminiumschrott in einem Drehtrommelofen, welches in zwei Phasen abläuft. In einer ersten Phase, einer Abschwelphase, wird der Brenner des Drehtrommelofens gemäß einer Ausgestaltung des obig beschriebenen ersten erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben. In einer anschließenden zweiten Phase, einer Einschmelzphase, wird der Brenner mit dem Gasgemisch in einem zweiten Mischverhältnis von Brennstoff, Sauerstoff und Luft derart befeuert, dass der Brenner in einem unterstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert kleiner als 1 befeuert wird. Ausgestaltungen dieses zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens in analoger Art und Weise.The invention relates to a further second method for melting contaminated aluminum scrap in a rotary drum furnace, which takes place in two phases. In a first phase, a desulphurisation phase, the burner of the rotary drum furnace is operated in accordance with one embodiment of the above-described first method according to the invention. In a subsequent second phase, a melting phase, the burner is fired with the gas mixture in a second mixing ratio of fuel, oxygen and air such that the burner is fired in a substoichiometric combustion ratio with a lambda value less than 1. Embodiments of this second method of the invention will become apparent from the above description of the method according to the invention in an analogous manner.
Dadurch, dass der Brenner in der ersten Phase zunächst erfindungsgemäß in einem überstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit dem Lambda-Wert größer als 1 betrieben wird, wird zunächst die schützende Kohlenstoffschicht des Aluminiums gebildet. Das Innere des Drehtrommelofens weist nach der ersten Phase eine schwarze bis dunkelrote Farbe auf und ist gleichmäßig durchwärmt. Nach der ersten Phase wird der Brenner in der Einschmelzphase in einem unterstöchiometrischen Verbrennungsverhältnis mit einem Lambda-Wert kleiner als 1 befeuert. Der Brenner wird dabei mit einer geringen Menge an Sauerstoff und einem Sauerstoffmangel bei hoher Leistung betrieben.Due to the fact that, in the first phase, the burner is initially operated according to the invention in a superstoichiometric combustion ratio with the lambda value greater than 1, it is initially the protective carbon layer of aluminum is formed. The interior of the rotary kiln has a black to dark red color after the first phase and is evenly heated. After the first phase of the burner is fired in the meltdown phase in a substoichiometric combustion ratio with a lambda value less than 1. The burner is operated with a small amount of oxygen and a lack of oxygen at high power.
Der Brenner wird in der Einschmelzphase zwar gemäß dem Stand der Technik betrieben, durch die Kombination der ersten Phase im Sinne der Erfindung und der zweiten Phase werden allerdings erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erreicht. Durch die schützende Kohlenstoffschicht ist das Aluminium vor Oxidation und Reaktion mit Sauerstoff geschützt. Das Aluminium kann in der zweiten Phase eingeschmolzen werden, ohne dass eine unerwünschte Oxidation des Aluminiums erfolgt. Das metallische Ausbringen wird erhöht und Aluminiumabbrand wird verringert. Da bereits im Zuge der ersten Phase im Sinne der Erfindung insbesondere Kohlenmonoxid in dem Drehtrommelofen selbst verbrannt wird und eine Menge an Kohlenstoff im Halbstundenmittel reduziert wird, werden auch in der zweiten Phase die zulässige maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK) für Kohlenmonoxid und der maximal zulässige Grenzwert von Kohlenstoff im Halbstundenmittel nicht überschritten. Sicherheits- und Gesundheitsrisiken des gesamten Einschmelzprozesses von kontaminiertem Aluminium werden dabei reduziert.Although the burner is operated according to the prior art in the melting phase, the combination of the first phase according to the invention and the second phase achieves considerable advantages over the prior art. The protective carbon layer protects the aluminum from oxidation and reaction with oxygen. The aluminum can be melted in the second phase, without any unwanted oxidation of the aluminum takes place. The metallic spreading is increased and aluminum burning is reduced. Since carbon monoxide is burned in the rotary drum furnace itself in the course of the first phase in the first phase and an amount of carbon in the half hourly means is reduced, the permissible maximum workplace concentration (MAK) for carbon monoxide and the maximum permissible limit of Carbon in half-hourly means not exceeded. Safety and health risks of the entire smelting process of contaminated aluminum are thereby reduced.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Drehtrommelofen und eine Verwendung eines Gasgemischs aus Brennstoff, Sauerstoff und Luft für einen Brenner eines Drehtrommelofens. Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Drehtrommelofens und der erfindungsgemäßen Verwendung ergeben sich aus der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Verfahren in analoger Art und Weise.The invention further relates to a rotary drum furnace and a use of a gas mixture of fuel, oxygen and air for a burner of a rotary drum furnace. Embodiments of the rotary drum furnace according to the invention and the use according to the invention will become apparent from the above description of the inventive method in an analogous manner.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Drehtrommelofens ist der Brenner in dem Drehtrommelofen derart angeordnet, dass die Flamme des Brenners zwischen das kontaminierte Aluminium und einer Wand bzw. Wänden des Drehtrommelofens gerichtet ist. Die Flamme des Brenners ist dabei insbesondere in einen Freiraum zwischen Schmelzgut und Wand des Drehtrommelofens in den Ofenraum gerichtet. Insbesondere ist die Flamme dabei näher an die Wand des Drehtrommelofens gerichtet als an das Schmelzgut. Unter dem Ofenraum ist dabei insbesondere das Innere des Drehtrommelofens zu verstehen. Unter dem Schmelzgut ist dabei insbesondere das eingeschmolzene bzw. abgeschwelte Aluminium zu verstehen.In an advantageous embodiment of a rotary drum furnace according to the invention, the burner is arranged in the rotary drum furnace such that the flame of the burner is directed between the contaminated aluminum and a wall or walls of the rotary drum furnace. The flame of the burner is directed in particular into a free space between the melt and wall of the rotary kiln in the furnace chamber. In particular, the flame is directed closer to the wall of the rotary kiln than to the melt. Under the furnace chamber is to be understood in particular the interior of the rotary drum furnace. Under the melt is in particular the melted or abgeschwelte aluminum to understand.
Drehtrommelöfen sind zumeist derart ausgestaltet, dass heiße Gase oberhalb einer Tür des Drehtrommelofens selbigen verlassen, beispielsweise durch eine Abgasöffnung. Der Brenner bzw. eine Düse des Brenners ist daher insbesondere innerhalb dieser Tür des Drehtrommelofens angeordnet. Insbesondere ist der Brenner derart angeordnet, dass die Flamme des Brenners, bzw. der Impulsstrom des Brenners oberhalb der Tür des Drehtrommelofens in selbigen eintritt.Rotary drum furnaces are usually designed such that hot gases leave the same above a door of the rotary drum furnace, for example through an exhaust gas opening. The burner or a nozzle of the burner is therefore arranged in particular within this door of the rotary drum furnace. In particular, the burner is arranged such that the flame of the burner, or the pulse stream of the burner above the door of the rotary drum furnace enters the same.
Die Flamme des Brenners kommt dabei einer Wand des Drehtrommelofens nahe, berührt diese aber nicht. Energie aus Pyrolysegasoxidationen, welche im Zuge des Einschmelzprozesses des Aluminiumschrotts in dem Drehtrommelofen ablaufen, wird dabei größtenteils an die Wand bzw. Wände des Drehtrommelofens übertragen. Die Wand bzw. Wände des Drehtrommelofens übertragen diese Energie wiederum an das Aluminium. Eine Drehzahl des Drehtrommelofens wird dabei derart gewählt, dass die Wand bzw. Wände des Drehtrommelofens viel Energie aufnehmen und übertragen können. Insbesondere beträgt die Drehzahl des Drehtrommelofens dabei 1 bis 6 Umdrehungen pro Minute. In einem waagerechten Drehtrommelofen ist der Brenner insbesondere derart angeordnet, dass die Flamme des Brenners der Strömung des Abgases (durch das Ansaugen und Rückführen) entgegengesetzt ist und nahe an der Wand bzw. den Wänden des Drehtrommelofens brennt.The flame of the burner comes close to a wall of the rotary kiln, but does not touch it. Energy from pyrolysis gas oxidations, which take place in the course of the melting process of the aluminum scrap in the rotary drum furnace, is largely transferred to the wall or walls of the rotary drum furnace. The wall or walls of the rotary drum furnace in turn transmit this energy to the aluminum. A rotational speed of the rotary drum furnace is chosen such that the wall or walls of the rotary drum furnace can absorb and transmit a lot of energy. In particular, the speed of the rotary drum furnace is 1 to 6 revolutions per minute. In a horizontal rotary drum furnace, the burner is arranged in particular such that the flame of the burner is opposite to the flow of exhaust gas (through suction and return) and burns close to the wall or walls of the rotary drum furnace.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenbeschreibungfigure description
In der einzigen
Mittels einer Tür
Der Drehtrommelofen
Über einen Abgaskanal
Über einen elektrischen Antrieb (Motor)
Der Brenner
Die drei Leitungen
Die Steuereinheit
Ein Volumenstrom an Sauerstoff und Luft bzw. eine zugeführte Menge an Sauerstoff und Luft durch die Leitungen
Durch den Impuls bzw. die Impulsstromdichte, mit welcher das Gasgemisch
Die Steuereinheit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- DrehtrommelofenRotary furnace
- 101101
- kontaminiertes Aluminiumcontaminated aluminum
- 102102
- Türdoor
- 102a102
- Wandwall
- 103103
- Abgaskanalexhaust duct
- 104104
- Abgashaubeexhaust hood
- 104a104a
- abgesaugtes Abgasextracted exhaust gas
- 105105
- elektrischer Antriebelectric drive
- 110110
- Brennerburner
- 110a110a
- Leitung für ErdgasPipe for natural gas
- 110b 110b
- Leitung für SauerstoffPipe for oxygen
- 110c110c
- Leitung für LuftLead for air
- 111111
- Gasgemischmixture of gases
- 112112
- Flammeflame
- 130130
- Ansaugen und Rückführen von AbgasAspiration and recirculation of exhaust gas
- 150150
- Steuereinheitcontrol unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008029512 A1 [0003] DE 102008029512 A1 [0003]
- DE 10046569 A1 [0004, 0039] DE 10046569 A1 [0004, 0039]
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DE201310012831 DE102013012831A1 (en) | 2013-08-01 | 2013-08-01 | Process for melting contaminated aluminum |
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Citations (2)
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DE10046569A1 (en) | 2000-09-19 | 2002-03-28 | Linde Ag | Gas burner for smelting oven has combustible gas feed lines and at least two further feed lines for different oxygen containing gases |
DE102008029512A1 (en) | 2008-06-21 | 2010-01-28 | Messer Austria Gmbh | Method for firing rotary furnace to burn cement clinker during manufacturing and/or processing of e.g. substance, involves introducing secondary oxidizing agent into combustion chamber as gas jet using lance |
-
2013
- 2013-08-01 DE DE201310012831 patent/DE102013012831A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |