DE19701679A1 - Verfahren und Vorrichtung zur möglichst raschen und sauberen Entfernung von Badbestandteilen von der Metalloberfläche von Tiegeln mit flüssigen Metallen, bevorzugt Aluminium, Magnesium und Zink - Google Patents

Description

I. Derzeitige Vorgehensweise

Die Gewinnung von Aluminium aus dem Rohstoff Aluminiumoxid erfolgt, seit seiner Entdeckung im Jahre 1886, immer noch nach dem selben Prinzip:
Mittels Gleichstrom und elektrolytischer Zersetzung von Aluminiumoxid in einer Kryolithschmelze, wird das Aluminium in flüssiger Form abgeschieden und auf dem Kathodenboden der Zelle mit einer Temperatur von 960°C angesammelt.

In regelmäßigen Abständen wird das angesammelte flüssige Aluminium mit einem Saugverfahren aus der Zelle entfernt, weil die Zelle einen Abstich nicht erlaubt.

Die meist quergestellten Öfen mit vorgebrannten Anoden, werden an der Stirnseite vom Gang her gesaugt. Längsangeordnete Öfen werden meist in der Mitte der Langseite gesaugt. Dazu werden Sauglöcher vorher in die erstarrte Kruste gebrochen und sorgfältig gesäubert.

Trotzdem ist ein Mitreißen von Badschmelze nahezu unvermeidlich, weil das Saugrohr durch die Elektrolytschicht, auf den darunter liegenden Metallsumpf abgesenkt werden muß.

Je nach der Art der Ofenbedienung und der Fütterungsprogramme, ist der Kathodenboden mehr oder weniger stark verschlammt, mit einer Mischung aus Oxid und Kryolith.

Dadurch wird das Metallsaugen erschwert und immer etwas Schlamm mitgerissen.

Dieses unerwünschte Mitsaugen von Badschmelze, behindert den Saugvorgang selbst, weil sich die Saugrohre mit erstarrtem Material verschließen können.

Außerdem verfälscht es die echte Metallentnahme und löst unnötige Probleme in der Gießerei aus, wenn es nicht gelingt diese Badbestandteile vorher zu entfernen.

Zum Saugen verwendet man weltweit, möglichst dicht schließende, runde Saugtiegel, die über einen Saugrüssel mit dem Metallsumpf der Elektrolysezelle verbunden sind.

Wird der Saugtiegel mittels Strahlgasinjektoren evakuiert, dann sinkt der Druck im Saugtiegel unter den Atmosphärendruck und dieser drückt das flüssige Metall mehrere Meter hoch über den Saugrüssel in den Transporttiegel.

Meist werden mehrere Öfen in einen Tiegel gesaugt und die Badschmelze, als spezifisch leichterer Bestandteil schwimmt zur Oberfläche, kühlt dort ab und schwimmt als erstarrtes Badmaterial auf der Metalloberfläche.

Dieses Badmaterial entspricht in seiner Zusammensetzung dem Elektrolyten und dem darin gelösten Aluminiumoxid.

Der Elektrolyt besteht meist aus Kryolith mit einem AIF₃-Überschuß bis zu 14%, sowie weiteren Salzen, die den Schmelzpunkt oder die Leitfähigkeit günstig beeinflussen. Das sind meist CaF₂, seltener LiF.

Eine saubere Abtrennung der Schmelze ist bislang nur durch aufwendiges Umfüllen aus dem Saugtiegel in einen Transporttiegel über ein Filterbett möglich. Dieses Verfahren ist sehr effizient, aber auch sehr aufwendig und wird deshalb nur dann technisch angewendet, wenn gleichzeitig noch andere Zwecke damit verfolgt werden, wie z. B. das Entfernen von Alkalimetallen aus dem Metall.

Das am meisten angewendete Verfahren, zur Entfernung der Schmelze, besteht derzeit darin, die aufschwimmende Badschmelze von der Metalloberfläche mit Lochpfannen von Hand abzuschöpfen.

Das ist jedoch ein sehr mühseliges und zeitraubendes Verfahren, das von den ausführenden Mitarbeitern ein sehr sorgfältiges Arbeiten verlangt.

Diese Arbeit wird jedoch behindert und erschwert durch die hohen Metalltemperaturen von weit über 900°C und durch die Abgase aus der Badschmelze und darum führt dieses, oft als Abschäumen bezeichnete Verfahren, nur selten zu einer völlig sauberen Metalloberfläche.

Deshalb gelangen trotz dieses aufwendigen Abschäumens, immer noch nennenswerte Mengen von Badschmelze in die Gießöfen.

Dieses an sich wertvolle Badmaterial, wird mit dem Metall in die Gießerei gefahren und wird dann dort zu einem störenden Abfall.

Mit dem Einbringen der Badbestandteile in die Gießöfen, vollziehen sich eine ganze Reihe von schädlichen und im Endergebnis, sehr teuren Nachteilen, die mit erheblichem Arbeitsaufwand und sehr hohen Kosten ausgeglichen werden müssen:

• 1. Verschleppung von Badmaterialien aus dem Bereich der Elektrolyse, das dann den Elektrolysezellen wieder zugesetzt werden muß und zwar meist in Form des teuren AIF₃-Salzes.
• 2. Auf der anderen Seite wird aus dem wertvollen Badmaterial zusammen mit der im Gießofen entstehenden Krätze, der nichtmetallische Anteil der Krätze durch diesen nun störenden, abfallartigen Bestandteil erhöht.
• 3. Dieses Badmaterial führt zu einer raschen Inkrustierung der Gießöfenwände, wodurch die Ofenkapazität verkleinert wird.
• 4. Das in die Gießofen verschleppte Badmaterial, wird durch die Brennerflamme und durch die Feuchtigkeit der Umgebungsluft in HF gespalten und erzwingt zusätzliche Anforderungen an die Abgasreinigung.
• 5. Diese sauren Komponenten, aber auch die Badschmelze alleine, verursachen einen erhöhten Metallabbrand, weil sich die Oxidation von Metall beschleunigt und dadurch auch die normale Krätzebildung. Gemäß der Erfahrung: Krätze erzeugt Krätze, ist dies ein sich selbst beschleunigender Teufelskreis.
• 6. Salze, Oxide und die rascher entstehenden Oxidationsprodukte aus der Metallverbrennung, wirken auf der Metalloberfläche isolierend und der Wärmeübergang in das Metall wird beeinträchtigt, mit der Folge, daß die Nachheiz- und Schmelzleistung zurückgeht, während der Energiebedarf und die Abgastemperatur steigt.
• 7. Die notwendige und wiederkehrende Reinigung der Ofenwandungen, kann meist erst nach weitgehender Abkühlung erfolgen und stellt mangels geeigneter, mechanischer Verfahren eine extreme körperliche Belastung der Ausführenden dar.
• 8. Die lange Abkühlzeit, das mühselige Entfernen, bzw. Ausbrechen der dann relativ kalten Inkrustierungen, sowie das anschließende Aufheizen verschlingen viel Zeit und führen zu einem unnötigen Produktionsausfall.
• 9. Häufiges und oftmals unsachgemäßes, weil zu mühselige Ausbrechen, belastet die Ausmauerung stark und verringert deren Lebensdauer.
• 10. Das ausgebrochene Material ist Sondermüll und muß teuer entsorgt werden.
• 11. Die Standzeiten der Ofenauskleidungen werden nicht nur durch das häufige Säubern der Wände dramatisch verkürzt, sondern auch durch die zerstörende Wirkung der Fluoride.
• 12. Die starke Verunreinigung der schlußendlich entstehenden Krätze, vermindert deren Wert bzw. die Chancen der Metallrückgewinnung daraus.
• 13. Bei der Verwertung der Krätze im Salztrommelofen, muß für solch eine metallarme Krätze mehr Salz eingesetzt werden, und damit erhöht sich der spezifische Salzschlackeanfall, der auch wieder teuer entsorgt oder aufbereitet werden muß.

Insgesamt kann man alle diese Nachteile zusammenfassen in:

• - Metallverluste,
• - Elektrolytverluste,
• - Produktionsausfall,
• - Erhöhte Krätzeerzeugung,
• - Behinderungen im Ofenbetrieb,
• - Kapazitätsverluste, sowohl volumenmäßig als auch zeitlich,
• - Erhöhter Arbeitsaufwand zur Wartung und Reparatur der Öfen,
• - Zerstörung der Auskleidungen durch HF und Schmelze,
• - Wertverlust der Krätze.

Alle Faktoren gemeinsam sind so schädlich und teuer, daß ein Entfernen der Badmaterialien ganz dringend empfohlen werden muß.

In den meisten Fällen wird deshalb auch mit bislang ungenügenden und oft primitiven Mitteln versucht, den Badanteil zu verringern.

Dies geschieht teils in speziellen Stationen mit Unterstützung einfacher Werkzeuge, aber oft genug direkt vom Transporttiegel aus mit Schöpfkellen oder ähnlichen einfachen Geräten.

So primitiv wie die Werkzeuge und die Methode, so wirkungsvoll ist natürlich auch der Reinigungseffekt und erfordert trotzdem ein hohes Maß an Einsatz und Sorgfalt der damit befaßten Mitarbeiter.

Fast immer sind deshalb noch wägbare Mengen an Badmaterial auf dem Tiegel, aber deutlich weniger als vorher und so sind meist die Verantwortlichen der Elektrolyse und der Gießerei mit diesem Zustand zufrieden.

Aber selbst mit diesen kleineren Restmengen, stellen sich alle vorher beschriebenen Nachteile ein, wenngleich etwas langsamer.

Modern organisierte Hütten mit DIN/ISO Zertifizierung, haben bereits Qualitätsvereinbarungen zwischen dem metallanliefernden und dem metallaufnehmenden Betrieb geschlossen, um neben anderen Vorteilen, auch die Qualität des Abschöpfens und des Metalles zu erhöhen.

Selten bis gar nicht wird jedoch die Technik des Abschöpfens verbessert, weshalb sich dann der zeitliche Aufwand für diesen Reinigungsschritt und damit auch die körperliche Belastung der Mitarbeiter nur noch erhöht.

Solch zeitaufwendiges Reinigen, erfordert dann entweder mehr Mitarbeiter, oder der ganze Metallfluß verlangsamt sich.

Selbstverständlich ist auch das unerwünscht, denn die Gießerei muß das Flüssigmetall zügig erhalten, die Öfen füllen und dann die Schmelzereinigung rasch durchführen, damit die Chargenzeiten nicht überschritten werden.

Treten aber zeitliche Engpässe auf, dann ist meist eine Beschleunigung der Schmelzebehandlung die Folge und die Metall- und Gießqualität gerät in Gefahr.

Alle diese Nachteile und die folgenschwere Verkettung von kleinen Nachteilen zu großen Problemen, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung völlig vermieden.

Anwendbar ist diese Erfindung in allen rund 150 Primäraluminiumhütten der Welt, weil überall das Metall auf die gleiche Art aus den Elektrolyseöfen gesaugt wird und dann überall, das dabei mitgerissene Badmaterial, die beschriebenen und sehr ernst zunehmenden Probleme verursacht.

Die hier vorgestellte Erfindung erlaubt die vollautomatische Reinigung der Metalloberfläche im Tiegel und zwar in sehr kurzer

• - Zeit und mit bisher unerreichter
• - Metallreinheit,
• - ohne Lohnstundenaufwand!

Mit diesem enormen Gesamtnutzen lassen sich sehr schnell die

• - Investitionskosten finanzieren, die gesamte
• - Prozeßkette wird wesentlich einfacher, weniger störanfällig und
• - humaner.

II. Beschreibung der Erfindung

Bei den Stationen, handelt es sich um stationäre Anlagen, die im Fahrweg zwischen Elektrolyse und Gießerei sehr bequem angefahren werden können und wegen der vollautomatischen Abläufe sehr rasch und perfekt ihre Aufgabe erfüllen.

Das größte Hemmnis für die Reinigung des Tiegels von Hand, ist die unterschiedliche Füllung des Tiegels, aber auch für eine mechanische Reinigung ist das eine ganz besondere Erschwernis.

Es liegt in der Natur des Prozesses, daß nicht aus allen Ofen stets und immer die gleiche Metallmenge gesaugt wird und damit der Saugtiegel auf ein konstantes Niveau gefüllt wird.

Besonders schwierig wird der Reinigungsvorgang, wenn der Tiegel nur weniger als 60% gefüllt ist, weil dann der Eintauchwinkel der Schöpf- bzw. Abkrätzwerkzeuge sehr steil wird.

Für eine Mechanisierung oder besser eine Automatisierung wäre es deshalb wünschenswert, immer einen möglichst gleichmäßig vollen Tiegel zu haben.

Der Füllgrad ist aber begrenzt, weil der Tiegel teilweise über lange Strecken und oft holperiges, manchmal unebenes, kurvenreiches Gelände führt. Meist sind die Tiegel beim Transport sogar offen und so ist es verständlich, wenn die Tiegel aus Sicherheitsgründen, aber auch aus wirtschaftlichen Gründen nur bis maximal 80% gefüllt sind.

Die erfindungsgemäße Reinigung erfolgt deshalb immer bei einem absolut gleichmäßigen und fast 100%igen Metallstand, auf den sich dann die gesamte Mechanik und Automatik leicht anpassen läßt.

Diese erfindungsgemäße, grundlegende Forderung wird unabhängig von dem Füllstand, dadurch erreicht, daß der Füllstand, d. h. der Metallspiegel durch einen in den Tiegel eingesenkten Verdrängerkörper angehoben wird, bis zu einem maximalen Niveau, kurz vor dem Überlaufen des Metalles.

Alle schwimmenden Verunreinigungen sind damit einem festinstallierten Abschäumer oder Abkrätzer zugänglich, der diese Materialien automatisch in einen angepaßten Behälter abstreift. Bild 1.

Dieser Abkrätzvorgang kann je nach Menge und gewünschter Sauberkeit mehrfach wiederholt werden, wobei das Absinken des Metallstandes immer wieder ausgeglichen wird, durch gezieltes weiteres Nachsenken des Verdrängers.

Dadurch werden völlig unabhängig vom Füllgrad immer die gleichen Bedingungen beim Abschäumen eingehalten und dann läßt sich dieser Vorgang sehr leicht mechanisieren und automatisieren. Der Reinigungs­ effekt ist nun völlig ohne menschliches Zutun, bei jedem Tiegel gleich gut.

Aus Sicherheitsgründen wird dieser Verdrängerkörner vor dem ersten Einsatz und nach längerem Stillstand vorher aufgewärmt, damit sich keine Feuchtigkeit an der Oberfläche befindet, was sonst zu der sehr gefährlichen Aluminium/Wasserreaktion führen würde.

Im Normalbetrieb ist der Verdrängerkörper aber durch die häufige Nutzung immer so warm, daß eine derartige Gefahr nicht zu besorgen ist.

III. ABLAUF DES ABSCHÄUMVORGANGES

Der gefüllte Saugtiegel wird innerhalb des Fahrweges zur Gießerei, am besten in einer weftergeschützten Durchfahrt in einer genau definierten Position angehalten, die im Folgenden Station genannt wird. Bild 1.

Aus dem über diesem Platz befindlichen Geschoß werden nun die erforderlichen Hilfsgeräte mit dem Manipulator Pos. 1.1 und 1.2 auf den Saugtiegel abgesenkt.

Dies geschieht vollautomatisch, weil alle Vorgänge immer exakt gleichförmig ablaufen und nur durch den Anschlag des Fahrzeuges, der die Startposition festlegt, ausgelöst wird. Eine Ampel schaltet auf Rot und signalisiert dem Fahrer den Beginn des Abschäumvorganges.

Der Fahrer kann im seinem Fahrzeug sitzen bleiben oder den Ablauf beobachten, aber körperlich eingreifen braucht er nicht.

Alle Vorgänge laufen programmgesteuert und selbstüberwacht ab, ohne Mitwirkung des Mitarbeiters.

Nacheinander, oder im Paket senken sich automatisch herab:

• 1. Verdrängerkörper, Pos. 2, zum Volumenausgleich, bzw. schonenden Anheben des Metallstandes bis auf ein maximales Niveau, ca. 1 mm unterhalb des Überlaufes, ohne daß jedoch Metall dabei überläuft.
  Der Verdränger ist bevorzugt als Halbzylinder ausgebildet, wobei der Außendurchmesser, gerade soviel kleiner als der Tiegelinnendurchmesser ist, damit er sich leicht in den Tiegel absenken läßt.
  Dieser Halbzylinder ist außerdem so schräg angeschnitten, daß ein zungenförmig auslaufendes Gebilde entsteht.
  Die am unteren Ende dünne Zunge, taucht zuerst in den Tiegel ein, wobei die runde Außenkontur bereits mit dem Innenrand des Tiegels abschließt und an ihm langsam hinabgleitet.
  Dabei wird das aufschwimmende Badmaterial langsam verdrängt und schonend nach vorne geschoben, bis der Schrägansatz völlig eingetaucht ist und nun die hintere Tiegelhälfte ganz vom Verdränger erfüllt ist.
  Die vordere gerade Wand des Halbzylinders begrenzt auch den halbkreisförmigen verbleibenden Restraum des Tiegels. Bild 4.
  Der Verdränger ist aus einem Material, das keine oder nur eine geringe Haftneigung zu dem Flüssigmetall und zu den heißen Badmaterialien hat. Wird Stahl, Eisen oder Guß verwendet, dann sollten die Oberflächen vergütet sein durch Borieren, oder zumindestens mit einer geeigneten Schlichte ausgerüstet werden.
• 2. Eine Sonde erkennt den darunter befindlichen Tiegel und sorgt mittels Abstandsmessung für eine Punktlandung des Hilfsgerätepaketes auf dem Saugtiegel direkt, oder über den Tiegelrandadapter. Dabei ist meist die vorhergehende Lage wieder verwendbar, lediglich bei stärkerer Abweichung führt das zu einer Korrektur über den Manipulator. Pos 1.1 und 1.2.
• 3. Eine 2. Sonde erkennt beim Eintauchen des Verdrängers, den ansteigenden Metallspiegel durch eine elektrische Kurzschlußbrücke, oder als maximales Temperatursignal, oder als geometrischen Abstand und erlaubt eine exakte Eintauchtiefe des Verdrängers und stoppt das Absenken, genau bei der vorgesehenen idealen Abstreifposition und korrigiert, bzw. regelt nur noch nach, wenn durch entferntes Badmaterial der Metallspiegel absinkt.
• 4. Abschäumer, oder Abstreifer, Pos. 3, zum Zusammenschieben und Entfernen der aufschwimmenden Badmaterialien.
  Dieser Abschäumer ist als Platte, Rechen oder Kamm ausgebildet und seine Aufgabe ist das Transportieren der aufschwimmenden Badbestandteile in den Auffangbehälter. Bild 3.
  Die Eintauchtiefe ist immer konstant, deshalb ist es angebracht einen zweiten Abschäumer vorzuhalten, mit einem etwas tiefer gehenden Kamm oder Rechen, um die Effizienz noch zu steigern.
  Wichtig ist jedoch immer, daß durch stetiges langsames Bewegen des Kammes, bevorzugt die festen Bestandteile entfernt werden und möglichst wenig flüssiges Metall ausgetragen wird.
• 5. Auffangbehälter Pos. 5, für die abgeschöpften Badmaterialien. Dieser Behälter hat bevorzugt die gleich Rundung wie der Tiegel und schmiegt sich fast auf der ganzen Tiegelhälfte von außen an den Transporttiegel an oder wird über eine Schurre so bedient, daß ein Behälter von beliebiger Form stationär daneben stehen kann.
• 6. Der Abschäumer oder Abstreifer zur Entfernung der Badmaterialien arbeitet in der programmgesteuerten Ablaufkette erst dann, wenn das Metallniveau den gewünschten optimalen Füllstand erreicht hat. Bild 3.
  Der Abstreifer ist in seiner Grundform an den Verdrängerkörper so angepaßt, daß er sich in der Ausgangslage an ihn anschmiegt. Durch eine mechanische Bewegung, ausgelöst durch einen Zylinder oder eine Zugstange, fährt der Abstreifer auf dem Tiegelrand entlang und zieht alle überstehenden, weil aufschwimmende Fremdkörper in den Auffangbehälter.
  Es kann ein Abstreifer installiert sein, der mehrfache Bewegungen bis zur endgültig erwünschten Metallreinheit ausführt, oder ein zweiter etwas modifizierter Abstreifer ermöglicht, durch ein geringfügig tieferes Eintauchen, eine noch bessere Metallreinigung.
  Dies ist eine Variante, um die Vorrichtung auf die unterschiedlichen Eigenschaften und auch unterschiedlichen Mengen der Badbestandteile anzupassen und eine gleichförmige Reinigungsleistung zu erreichen.
• 7. Zum Abschluß kann ein weiterer, wie ein Stahlbesen wirkender Abstreifer den Tiegelrand sauber abreinigen.
  Dieser Besen ist dann entbehrlich, wenn der ganze Apparat sich mittels des ringförmigen Tiegeladapters auf dem Tiegelrand absetzt und dieser Ring dann den planen Tiegelrand schützt.
• 8. Eine 3. Sonde zur Sicherheitsabschaltung, wenn im Störfall Flüssigmetall überläuft. Nach dem Erkennen dieses Störzustandes über eine thermisch, elektrisch, kapazitiv oder abstandsmessende Sonde, wird alles stromlos geschalten und Alarm ausgelöst.
• 9. Mechanik zum Bewegen des gesamten Hilfsgeräteträgers und der einzelnen Hauptgeräte, wie Verdränger und Abstreifer. Hier sind alle bekannten technischen Möglichkeiten anwendbar vom Spindelantrieb über Linearmotoren bis zur Hydraulik.
• 10. Elektrik zum Antrieb und eine freiprogrammierbare Steuerung aller automatischen Abläufe, inklusive Sicherheitsabschaltung, Alarmierung und einer Fernsehkamera, die permanent das Bild in eine dauernd besetzte Warte überträgt.
  Damit läßt sich im Normalfall der Zustand aller Hilfsgeräte überwachen und im Störfall rasch erkennen welche Störung eingetreten ist.
• 11. Eine Reinigungsvorrichtung, bestehend aus Abschabern für den Verdränger, beseitigt anhaftendes Badmaterial oder Metall, beim Zurückfahren in die Ruheposition, weil diese den Verdränger so umschließt, daß die unter Federdruck angepreßten Schälmesser die Verunreinigungen abstreifen und dieses Material über eine Schurre in den Auffangbehälter gelenkt wird.
• 12. Reinigungsvorrichtung bestehend aus stabilen Stahlbürsten für den oder die Abstreifer, beseitigen anhaftendes Badmaterial oder Metall, beim Zurückfahren in die Ruheposition, weil diese beim Vorbeibewegen an den feststehenden Bürsten von anhaftendem Material befreit werden.
  Nach dem vollständigen Programmablauf zur Entfernung der Badbestandteile und zur Reinigung des Verdrängers und der Abstreifer, sowie des Hochfahrens in die Ruheposition, erfolgt die optische Freigabe durch Umschalten der Ampel auf Grün und der Fahrer fährt mit dem Transportfahrzeug und Saugtiegel Pos. 6, in die Gießerei.
  Dabei dauert der ganze Vorgang vom Ein- bis zum Ausfahren des Tiegels, je nach Verschmutzungsgrad und gewünschter Reinheit 1-5 Minuten.
  Trotz der kurzen Behandlungszeit zum Abschäumen in der erfindungsgemäßen Abschäumstation, werden in größeren Hütten, alleine wegen der großen räumlichen Ausdehnung, mehrere derartige Reinigungsstationen benötigt, um zusätzliche Transportwege zu sparen.

IV. Schmelzereinigung

Mit einfachen zusätzlichen Mitteln und mit geringem Aufwand lassen sich diese Stationen auch ausbauen für eine zusätzliche Metallbehandlung zur

• - Entgasung,
• - zur Reduzierung von Alkalien und zum
• - Entfernen von nichtmetallischen Partikeln, wie Karbide, Nitride und Oxide.

Dazu werden dann lediglich weitere Hilfsgeräte benötigt, die vor dem Entfernen der Badbestandteile, zusätzliche Stoffe oder Hilfsmittel in die Metallschmelze einbringen.

Das kann geschehen über die bekannten mechanischen Rotoren, die dann Argon, Stickstoff, Chlor oder Aluminiumfluorid einquirlen, um die gewünschten Reinigungseffekte zu nutzen.

Im dann folgenden bereits beschriebenen Abschäumvorgang werden alle, auch die dadurch entstandenen Verunreinigungen zusammen mit den normalen Bestandteilen entfernt.

Mit diesem zusätzlichen Ausbau werden zwei wichtige Verfahrensschritte simultan erledigt und sehr einfach, platz- und zeitsparend die Reinigung der Tiegeloberfläche und des Metalles erreicht.

V. ALLGEMEIN

Die vorgesehenen selbstreinigenden Vorrichtungen ermöglichen einen vollautomatischen und weitgehend unbeaufsichtigten Betrieb.

Aber die metall- und schmelzeberührten Geräte wie Verdränger, oder Abschäumer müssen in bestimmten Zeitabständen kontrolliert und geschlichtet werden.

Selbstverständlich müssen auch die Saugtiegel nach Bedarf mit einer Tiegelfräsmaschine gereinigt werden, damit der Verdränger immer ungestört in den Saugtiegel eingesenkt werden kann.

Dieses mechanische Tiegelreinigen, mittels einer stationären Fräse, wird heute in den meisten Hütten der Welt angewendet.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Abschäumvorrichtung ist dieses Reinigen aber wesentlich seltener erforderlich, weshalb die Auskleidung derartig abgeschäumter Tiegel auch eine deutlich längere Standzeit haben wird.

VI. ZUSAMMENFASSUNG

Die ausführlich beschriebenen Nachteile, beim Verbringen von Badmaterialien in die Gießöfen, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung vollständig vermeiden.

Dazu kommen dann noch die vielfältigen Vorteile bei der Anwendung dieser Vorrichtung und insgesamt summieren sich die sieben folgenden Einzelbeiträge zu einem zusätzlichen, hoch interessanten Deckungsbeitrag bei der Gewinnung von Aluminium:

• 1. Zeitersparnis
• 2. Metallersparnis
• 3. Energieeinsparung
• 4. Materialeinsparung
• 5. Reparatureinsparung
• 6. Lohnstundeneinsparung
• 7. Wertsteigerung der Krätze
• 8. Humanisierung der Arbeitsplätze.

Claims (17)

1. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Entfernung von auf der Metalloberfläche eines Saugtiegels aufschwimmenden Badmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß ein automatisch abgesenktes Paket von Hilfsgeräten bis auf den Tiegelrand abgesenkt werden, bestehend aus mehreren Sonde, dem Verdränger, den Abschäumern oder Abstreifern und einem Auffangbehälter, wobei der Verdränger in das Flüssigmetall eintaucht und den Metallspiegel auf ein optimales Niveau anhebt, damit die aufschwimmenden Badbestandteile mit dem Abstreifer immer in derselben günstigen Position automatisch abgezogen werden können und in einen Auffangbehälter überführt werden, der entweder daneben steht und über eine Schurre befüllt wird, oder sich in halbrunder Form um den Saugtiegel schmiegt und mit dieser halbrunden Form in der Lage ist alle Badbestandteile, die der Abstreifer bewegt aufzunehmen.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger eine Form aufweist, die dem halben Innenprofil des Saugtiegels entspricht und bevorzugt halbrund ausgeführt ist und damit an der inneren Tiegelwand hinabgleiten kann, während die andere Seite unter einem Winkel von 20-50° so geschnitten ist, daß ein zungenförmiges Teil entsteht und die so gebildete Schräge die aufschwimmenden Badbestandteile nach vorne bewegt, um sie dem Abstreifer zugänglich zu machen, der in seiner Arbeitsbreite etwa dem Durchmesser des Tiegels entspricht.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile in der absenkbaren Gerätekombination, die mit flüssigem Metall in Berührung kommen, mit einer glatten Oberfläche ausgebildet sind die mit einer speziellen thermischen Vergütung mit Borsalzen, oder mit einem Überzug aus Bornitriden, Grafitschlichte oder ähnlichen flüssigmetall- und schmelzeabweisenden Materialien behandelt sind, damit diese Metallteile nicht mit den Materialien verkleben.

4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger auch aus Kunstkohle oder Grafit besteht, das von Natur aus bereits diese abweisenden Eigenschaften aufweist.

5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger nach dem Gebrauch, während des mechanisch oder hydraulisch bewegten Aufsteigens in die Ruheposition durch einen messerartigen Abstreifer gezogen wird, der mittels Federkraft genau der Außenkontur des Verdrängers angepaßt ist und deshalb alle eventuell anhaftenden Beläge sauber abstreift und diese über eine Schurre in den Auffangbehälter gelenkt werden.

6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstreifer so breit ist wie der Saugtiegeldurchmesser und somit etwas breiter ist als die gerade Vorderseite des Verdrängers, damit werden alle Badbestandteile am Verdränger quantitativ erfaßt, mit der Abstreiferbewegung nach vorne bewegt und bereits über den Saugtiegelrand ausgetragen in den anliegenden Auffangbehälter oder über die Schurre des Tiegeladapters in den daneben stehenden Auffangbehälter.

7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstreifer mehrfach diese Abstreifbewegung ausführt und dazwischen der durch die Entfernung der Badbestandteile abgesenkte Metallstand wieder durch Absenken des Verdrängers ausgeglichen wurde, damit alle Schmelzepartikel sauber erfaßt und entfernt werden.

8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abstreifer vorgesehen sind, die nacheinander die Abstreifbewegung ausführen, wobei der zweite Abstreifer etwas tiefer eintaucht, um gewissermaßen die letzte Feinputzarbeit zu leisten.

9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Abstreifer beim Zurückfahren in die Ruheposition bei Passieren von stabilen Stahlbürsten so gesäubert werden, daß diese immer ihre Aufgabe erfüllen können.

10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die eine Wand des halbkreisförmig ausgebildeten Auffangbehälters genau an den Saugtiegel anschmiegt und der zweite längere Wandteil zusammen mit der ersten einen Behälter bildet, der das Profil einer Mondsichel aufweist und dadurch alle von dem Tiegel weg bewegten Partikel aufnehmen kann.

11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangbehälter groß genug ist, um das Badmaterial von mindestens 20 Tiegeln aufnehmen zu können und die von diesen Abschäumvorgängen angesammelten Badbestandteile über einen Klappboden in einen fahrbaren Container entleeren zu können.

12. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ganze Hilfsgerätebündel, vermittels eines Manipulators, ähnlich einem Brückenkran, genau auf den Tiegel abgesenkt werden kann und zwar mit Hilfe einer Positioniersonde, die mittels Laser- oder Infrarotstrahl in drei Ebenen korrigiert und so immer die richtige Position findet, auch wenn das Fahrzeug einmal nicht millimetergenau in der Startposition steht.

13. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer zweiten Sonde das Absenken des Verdrängers feinfühlig und millimetergenau mit Fuzzy logic-Reglern so gesteuert wird, daß kein Überlaufen des Tiegels zu befürchten ist, obwohl das Absenken zuerst rasch und dann sanft verzögert bis in die genau definierte Abschäumposition erfolgt.

14. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Sicherheitssonde zur Verfügung steht, die bei Störungen aller Art, eine Notabschaltung auslöst, sobald diese Sonde mit heißem Metall in Berührung kommt oder zu kommen droht.

15. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Sonden den Metallspiegel entweder thermisch, kapazitiv, über Kurzschluß oder mittels Abstandsmessung mit Laser- oder Infrarot millimetergenau erkennen und den Verdränger steuern, sowie den ganzen Automatikvorgang auslösen.

16. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Mechanik mit den bekannten Antriebsmöglichkeiten ausrüstbar ist, wie z. B. hydraulisch, elektromotorisch oder mit einem Linearmotor.

17. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Elektrik, inklusive freiprogrammierbarer Steuerung eine vollautomatisch, bedienerfreie und trotzdem sichere Nutzung zuläßt, weil bei den sehr ungewöhnlichen, aber denkbaren Störfällen, diese so rasch von den Sonden erkannt werden, daß dann eine rechtzeitige Sicherheitsabschaltung erfolgt.