DE19729702A1 - Verfahren und Vorrichtung zur möglichst selbständigen Durchführung von Arbeitsvorgängen beim Vorbereiten von Aluminiumschmelzen auf den Guss - Google Patents

Description

KURZTITEL AUTOMATISCHES BEHANDELN VON FLÜSSIGMETALL, BEVORZUGT ALUMINIUM BIS ZUM GIESSEN I. ALUMINIUMINDUSTRIE UND ALUMINIUM

Primärhütten erzeugen aus Aluminiumoxid mittels Gleichstrom, in sogenannten Elektrolysezellen flüssiges Aluminium.

Umschmelzwerke erzeugen dagegen flüssiges Aluminium durch Einschmelzen von Festmetall, Schrotten oder Aluminiumkrätzen alleine durch Aufheizen über den Schmelzpunkt.

Die angewandte Ofentechnik unterscheidet sich, und hängt von der Qualität und der Oberfläche der eingesetzten aluminiumhaltigen Rohstoffe (Schrotte) ab.

Schmelzöfen sind meist Herdöfen, seltener Schachtöfen die mit Öl, Flüssiggas oder Erdgas beheizt werden.

Arme Schrotte und Krätzen werden in Salztrommelöfen unter einer Salzschicht eingeschmolzen.

In allen Fällen, muß jedoch das flüssige Aluminium noch behandelt werden, um die Eigenschaften und die Qualität zu verbessern.

Dies geschieht im Schmelzofen direkt oder in Öfen, die meist als Herdofen in zylindrischer oder rechteckiger Form ausgebildet sind. Die Ofengröße schwankt von 1t Fassungsvermögen bis zu über 100 t. Auch diese Öfen werden mit Gas- oder Ölbrenner beheizt, seltener mit Strom.

Entsprechend dem Fassungsvermögen wächst die Fläche des Ofens, denn selten weisen die Öfen eine Tiefe von mehr als 1,5 m auf.

Die Ofentüren zum Chargieren der Rohstoffe und zur Durchführung aller erforderlichen Behandlungsschritte, wächst im gleichen Umfang von minimal 0,7 m Breite bis auf 10 m.

Die wichtigsten Behandlungsschritte für die Verbesserung der Metallqualität, der Metalleigenschaften und der Metallreinheit sind:

• 1. LEGIEREN: Darunter versteht man die Zugabe von Metallen wie Mg, Si, Cu, Zn, oder Vorlegierungen, d. h. Aluminium mit relativ viel Fe, Ti, oder Cr, sowie die möglichst homogene Verteilung in der Metallschmelze, zur Verbesserung der Metalleigenschaften.
• 2. SCHMELZEBEHANDLUNG ODER RAFFINATION: Darunter versteht man das Entfernen von Nichtmetallverbindungen wie Oxide, Karbide und Fluoride, sowie das Entfernen von Wasserstoff, Alkalien und Erdalkalien. Auch diese Behandlung dient der qualitativen Verbesserung der Metalleigenschaften.
• 3. ABKRÄTZEN: Alle mit den vorgenannten Behandlungsschritten erzeugten, oder bereits mit dem Metall eingeschleppten nichtmetallischen Verunreinigungen schwimmen auf dem Metall und müssen durch Abkrätzen mit geeigneten Werkzeugen aus dem Ofen entfernt werden.
• 4. SCHMELZEN VON FESTMETALL UND SCHROTTEN: Darunter versteht man das Überführen von festem Aluminium in Flüssigaluminium. Nicht nur Umschmelzwerke schmelzen Festmetall sondern auch alle Primärhütten, weil die dort anfallenden Bearbeitungsschrotte direkt wieder eingeschmolzen werden.

II. BISHERIGER ZUSTAND

In der gesamten Aluminiumindustrie, müssen diese wiederkehrenden Arbeiten ausgeführt werden und zwar oft unter erheblichen körperlichen Belastungen:

• - Handhaben schwerer Werkzeuge,
• - Strahlungshitze vom flüssigen Aluminium,
• - Beeinträchtigung durch Staub und Abgase,
• - Lärm durch Chargieren, Fahrzeuge und Gasbrenner.

Wegen dieser Erschwernisse ist es oft schwierig, geeignete Mitarbeiter für solche ungeliebten Arbeiten zu finden.

Trotz der genannten Erschwernisse, wird eine gute Arbeit von den Mitarbeitern erwartet, weil bei nicht ausreichender Durchführung die Metallqualität und die Leistung des Betriebes stark beeinträchtigt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei dieser Vorrichtung handelt es sich um eine technische Möglichkeit, um die erforderlichen Behandlungsschritte wie:

• - Beschleunigen des Schmelzvorganges,
• - Zulegieren von Legierungskomponenten
• - Homogenisieren der Metallschmelze,
• - Raffination der Metallschmelze zum Entfernen von Feststoffen, Wasserstoff, Natrium und Lithium,
• - Abkrätzen der aufschwimmenden nichtmetallischen Verunreinigungen, möglichst vollautomatisch, ohne menschliche Hilfe durchzuführen.

III. VERBESSERTER ZUSTAND DURCH DIE VORRICHTUNG

Wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist dabei ein entsprechend dimensioniertes bewegliches Gerät, bzw. Fahrzeug, mit einer freiprogrammierbaren Steuerung, die entweder durch geometrische Programmierung aller Fahr- und Bewegungsabläufe, oder durch sog. teach in, d. h. einmaliges präzises Bedienen des Gerätes, bzw. Fahrzeuges von Hand, während des ganzen Arbeitsschrittes.

Dadurch wird das Gerät oder Fahrzeug auf den jeweiligen Vorgang exakt eingestellt und es kann danach diesen Vorgang vollautomatisch und millimetergenau ausführen.

100-% reproduzierbar, kann dieser Behandlungsschritt dann immer wieder durch diese Steuerung an allen Öfen beliebig oft und ohne die genannten körperlichen Belastungen ausgeführt werden.

Voraussetzung ist lediglich die Verwendung, des jeweils erforderlichen und optimal angepaßten Werkzeuges und der Start von einer genau definierten Ausgangsposition.

Die Fahrzeuge sind entweder als Spezialfahrzeuge auf einen ganz bestimmten Behandlungsschritt zugeschnitten, oder sie besitzen als ALROUNDER eine bequem zu bedienende Aufnahmevorrichtung für das jeweils erforderliche Werkzeug, ausgewählt aus einer Reihe von Werkzeugen für den individuellen Arbeitsvorgang.

In den Zeichnungen werden diese Fahrzeuge zusammenfassend Manipulator genannt.

Spezialfahrzeuge sind nur dann sinnvoll, wenn diese Tätigkeit nahezu permanent durchgeführt werden muß, wie es in sehr großen Gießereien mit vielen Öfen und großer räumlicher Ausdehnung der Fall sein kann.

In allen anderen Gießereien mit 1-6 Öfen, wird dagegen bevorzugt der ALROUNDER eingesetzt, wegen der geringeren Kosten und seiner universellen Anwendbarkeit.

Allen Geräten gemeinsam ist jedoch die umfassende Nutzung auch bei unterschiedlichen Öfen, weil die jeweiligen Besonderheiten des individuellen Ofens, wie Größe, Badtiefe, Badfläche, Toröffnung, Höhe der Ofentür und Platz vor dem Ofen, einmal fest programmiert wurden und über den Ofencode sofort mit dem jeweiligen Behandlungsprogramm kombiniert, abgerufen werden.

Die vorgenannten Behandlungsschritte werden ohne menschliches Zutun viel exakter, effizienter und absolut reproduzierbar durchgeführt und das ohne die bisher sehr schwierigen Arbeitsverhältnisse für den Mitarbeiter.

Die Fahrzeuge sind größenmäßig an die jeweilige Aufgabe, oder an alle Behandlungsschritte, ideal angepaßt und benötigen deshalb nur relativ geringen Investitionsaufwand zur Erzielung von qualitativ höchstwertigen Arbeitsschritten und das in der kürzest möglichen Zeit.

Auch die Emissionen in die Halle werden minimiert, weil einige Schritte bei teils geschlossener Ofentür, andere bei völlig geschlossener Ofentür ausgeführt werden können.

Im letzteren Fall, der als absolut saubere Lösung besonders empfehlenswert ist, wird lediglich an der Torunterseite ein entsprechend dimensionierter Distanzbalken aus geeignetem Material angebracht. In diesem Balken sind eine, oder mehrere Gerätedurchführungen angeordnet, die genau an die Werkzeuge angepaßt sind.

Damit können die meisten Arbeiten bei geschlossenem Tor durchgeführt werden, weil die Automatik keine Sicht benötigt.

Zerstörungen der Ofenauskleidung sind nicht zu besorgen, weil alle Bewegungen der teils massiven Werkzeuge millimetergenau gesteuert werden. Im nur sehr schwer denkbaren Störfall wird der Bedienvorgang sofort abgebrochen, wenn Sensoren eine mögliche Wandberührung melden.

Diese sichere Früherkennung von Gefahrzuständen, kann bevorzugt im kalten Bereich, also im Fahrzeug selbst installiert sein und über Winkel- und Längenbegrenzung wirken.

Aus Sicherheitsgründen muß nur der Aktionsraum vor dem Ofen gesichert werden und zwar durch Abschranken, Kennzeichnung und Signalisieren des Arbeitsvorganges durch optische und akustische Hinweise.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt nun erstmalig die vollautomatische präzise Durchführung von schwierigen Arbeiten ohne Belastung des Arbeiters.

Insgesamt kann man alle Vorteile dieses Verfahrens zusammenfassen in:

• - Weniger Metallverluste,
• - Gleichmäßig gute Metallqualität,
• - Seltener Produktionsausfall,
• - Weniger Krätzeerzeugung,
• - Ungehinderter Ofenbetrieb,
• - Kapazitätserhöhung, sowohl volumenmäßig als auch zeitlich,
• - Geringerer Arbeitsaufwand zur Wartung und Reparatur der Öfen,
• - Keine Zerstörung der Ofenauskleidungen,
• - Humanisierung solcher Arbeitsplätze.

Anwendbar ist diese Erfindung in allen Primäraluminiumhütten, Umschmelzwerken und den meisten Formgießereien weltweit, weil überall das Metall auf die gleiche Art behandelt werden muß.

Je nach den gewünschten Anforderungen an das Aluminium, sind lediglich die einzelnen Behandlungsschritte unterschiedlich aufwendig und unterscheiden sich nur im Zeitaufwand.

Die hier vorgestellte Erfindung erlaubt die vollautomatische Behandlung der Metallschmelze im Ofen und zwar in wesentlich kürzerer

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

Mit diesem enormen Gesamtnutzen lassen sich sehr schnell die Investitionskosten finanzieren, und die gesamte Prozeßkette wird wesentlich einfacher, weniger störanfällig und viel humaner.

IV. BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die einzelnen Behandlungsschritte sind zwar ähnlich, weil sie alle von außen durch die Ofentüre erfolgen und ein Werkzeug, oder eine Vorrichtung in einem bestimmten Rhythmus bewegen und das meist mit Körperkraft oder mit Hilfe eines Fahrzeuges.

Bei genauer Betrachtung, unterscheiden sich die Schritte jedoch ganz deutlich und erfordern unterschiedliche Werkzeuge und Strategien:

EINSATZ DER VORRICHTUNG BEIM LEGIEREN: Blatt 3

Die Zugabe von Metallen wie Mg, Si, Cu, Zn, oder in Form von Vorlegierungen, sollte immer mit geeigneten Körben aus Stahlguß oder Titan erfolgen, die direkt über einen langen Balken in die Schmelze eingetaucht werden. Dann können die spezifisch leichteren Mg-Masseln mit schwereren Al-Masseln noch beschwert - und so am Herausschwimmen gehindert werden.

Die Größe der Körbe entspricht der erforderlichen Zugabemenge an Legierungsmetallen, die bequem außerhalb des Ofens, ohne Hitzebelastung in die Körbe gefüllt und gewogen werden.

Das Spezial Legierungsfahrzeug nimmt mit seinem langen Balken den Korb auf und fährt diesen in den Ofen ein, bis die definierte Startposition, etwa in der Ofenmitte erreicht ist.

Das Alround Fahrzeug hingegen, nimmt diesen Balken erst über eine geeignete Aufnahme auf und fährt mit dem Korb in dieselbe Startposition. Das Tor wird dann geschlossen und über den Adapter in der zusätzlichen Türverlängerung ragt der massive Balken in den Ofenraum.

Damit nun die ideale Bewegung des Korbes durch das Metall erfolgen kann, startet der Gießereimitarbeiter den bereits einprogrammierten automatischen Ablauf, sichert nur noch den Aktionsraum des Fahrzeuges gegen unbefugtes Betreten und kann sich anderen Arbeiten zuwenden, z. B. den nächsten Korb mit Legierungsmetallen füllen.

Dann fährt das Fahrzeug programmgeführt, genau die einprogrammierten, für das Legieren empirisch ermittelten idealen Fahrbewegungen VORWÄRTS, RÜCKWÄRTS, mit oder ohne geringfügigen Lenkeinschlag RECHTS, LINKS, entsprechend der Ofengröße.

Bei der Bewegung des Korbes durch das Metall, entsteht eine homogene Verteilung, der durch die Hitze abschmelzenden Legierungskomponenten, in der gesamten Metallschmelze.

Nach ausreichender Zeit wird der Vorgang gestoppt und der Mitarbeiter akustisch oder optisch darauf aufmerksam gemacht.

Danach nimmt er entweder weitere Körbe mit Legierungsmetallen auf, oder der Legierungsvorgang ist zu Ende.

Die nahezu ideale Verteilung der Legierungskomponenten durch das mechanische Bewegen mit dem Fahrzeug erfolgt rasch, sehr gleichmäßig und eben jederzeit absolut reproduzierbar, wodurch auch die Metallqualität immer gleich gut ist.

Magnesium kann bei dieser Art des Legierens nicht verbrennen, denn es ist mit dem Korb dauernd und vollständig in dem flüssigen Aluminium untergetaucht und somit vor Oxidation geschützt.

EINSATZ DER VORRICHTUNG BEI DER SCHMELZEBEHANDLUNG

Zum Entfernen von Nichtmetallverbindungen wie Oxide, Karbide und Fluoride, sowie zum Entfernen von Wasserstoff oder Alkalien und Erdalkalien, werden folgende Behandlungen durchgeführt: (Blatt 3). 1. Salzeinblasen verschiedener Salzarten, oder chlorabspaltende Salze oder Aluminiumfluorid mittels eines Blasrohres aus Metall, Keramik oder Grafit. Treibgase sind Stickstoff oder Argon.

• 2. Mechanisches Rühren mit Werkzeugen oder Begasen mit Stickstoff oder Argon zur Verstärkung der flotativen Abtrennung der Nichtmetalle an die Metalloberfläche.
• 3. Begasen mit Argon und Chlor, mittels eines Blasrohres aus Metall, Keramik oder Grafit. Treibgase sind Stickstoff oder Argon.

Das Spezial Raffinationsfahrzeug fährt mit seiner stationären Begasungseinheit vor den Ofen und läßt diese in den Ofen hineinragen, bis zur genau definierten Startposition, die etwa in der Ofenmitte liegt. Das Alround Fahrzeug hingegen, nimmt die Begasungseinheit über den Schnelladapter auf und fährt dann in dieselbe Startposition.

Bei Verwendung von Gasen wie Argon, Stickstoff und elementarem Chlor werden fernbedient die jeweiligen Magnetventile angesteuert und danach erfolgt der Start des Fahrzeuges und der Bedienungsablauf genau wie im Fall des Legierens.

Auch hier wurden die günstigsten Fahrbewegungen empirisch ermittelt, um eine möglichst optimale, Schmelzebehandlung zu erreichen.

D.h. alle Bereiche des Metallbades werden erfaßt und leicht durch die Begasung gerührt und dadurch die Flotation der spezifisch leichteren nichtmetallischen Verunreinigung an die Metalloberfläche beschleunigt. Ähnliches gilt auch für die in der Schmelze gleichmäßig verteilten Alkalien und Erdalkalien, sowie für Wasserstoff.

Bei der Umsetzung dieser Elemente mit Chlor entstehen Salze, die auch mit den Treibgasen an die Metalloberfläche flotiert und dann mit der Krätze ausgetragen werden.

EINSATZ DER VORRICHTUNG BEIM ABKRÄTZEN: Blatt 1 + 2

Alle während des Schmelzens und der Schmelzebehandlung entstandenen nichtmetallischen Substanzen, zusammen mit den bereits mit Flüssigmetall oder Schrotten eingebrachten Verunreinigungen bilden die sogenannte Krätze, die auf der Metallschmelze schwimmt.

Je nach der Menge dieser Verunreinigungen, liegen sie vor als ein dünner Belag bis hin zu dicken Krusten, bestehend aus zum Teil groben schwimmenden Brocken.

Durch Abkrätzen muß nun diese Krätze immer möglichst quantitativ und mit möglichst wenig begleitendem Aluminium entfernt werden
Dazu fährt das Spezial Abkrätzfahrzeug mit einem geeigneten Abkrätzschild, oder Rechen am langen Balken vor den Ofen und schwenkt diesen Abkrätzer in den Ofen bis zur genau definierten Startposition. Dann steht das Schild oder der Abkrätzrechen über dem Metall, in einer Ecke zwischen der Seiten- und der Rückwand, bereit zum Abkrätzen.

Das Alround Fahrzeug hingegen, nimmt den Balken mit dem Abkrätzschild über die Aufnahmevorrichtung auf und fährt in dieselbe Startposition.

Bei nur kleinen Krätzemengen wird das Tor dann von der Steuerung fernbedient so weit geschlossen, daß sich der Balken mit dem Abkrätzer ungehindert auf und ab bewegen kann aber die Krätze durch den Luftzutritt nicht entzündet wird. Der weitere Ablauf entspricht wiederum genau dem einmal eingeübten idealen Ablauf, wobei die aufschwimmende Krätze sehr vorsichtig in den vorderen Bereich und auf die Ofenbrust transportiert wird. Dort kann sie dann noch abtropfen, sofern diese Brüstung breit genug ist.

Streifen für Streifen wird so die Metalloberfläche von der Krätze befreit, bis sie völlig blank ist.

Erst zum vollständigen Austrag der Krätze in den außenstehenden Krätzekübel, wird das Ofentor programmgesteuert so weit geöffnet, daß das Schild oder der Rechen ungehindert die Krätze in den Krätzekübel überführen kann.

Bei größeren Krätzemengen kann die Krätze nicht so lange auf der Ofenbrust gesammelt werden, sondern muß bei geöffnetem Ofentor gesammelt und dann direkt aus dem Ofen ausgetragen werden.

Dabei ist dann eine kleine Brennerflamme sehr hilfreich, damit eine CO₂­ reiche Ofenatmosphäre und ein minimaler Überdruck den Luftzutritt und damit den Abbrand vermindert.

Bei diesem einprogrammierten automatischen Ablauf zur Entfernung aller Krätzebestandteile von der Metalloberfläche, ist eine Sicherung des Aktionsraumes des Fahrzeuges gegen unbefugtes Betreten besonders wichtig, weil hierbei die weitesten Wege gefahren werden. Anwendbar sind dabei Lichtschranken, Bewegungsmelder, Induktionsschleifen oder aber einfache Begrenzungen wie farblich markierte Seile.

Mit einer speziellen Fahrzeugvariante, kann man aber auch diese weiten Fahrwege vermeiden, insbesondere dann wenn nur wenig Platz zur Verfügung steht.

Dabei wird der massive Balken, außerhalb des Ofens an einer Zahnstange, oder an einem Hydraulikzylinder befestigt, der dann über Zahnräder oder hydraulisch in Längsrichtung verfahrbar ist.

Je nach der abzufahrenden Ofentiefe, genügt allein diese Bewegung des Balkens, oder sie muß noch durch zusätzliches Verfahren des Gerätes oder Fahrzeuges kombiniert werden. In jedem Fall ist aber der Aktionsradius des Fahrzeuges geringer.

Bei Öfen mit relativ kleiner Ofentür im Verhältnis zur gesamten Ofenbreite, ist das Abkrätzen immer erschwert, deshalb muß das mit einer Sonderbauart berücksichtigt werden.

Ein Sonderabkrätzfahrzeug für solche Fälle benötigt dann zusätzlich einen hydraulischen Querverschub und einen gekröpften Balken, damit kann dann die Krätze auch aus den Ecken herausgekratzt werden. Für das Säubern beider Ecken, braucht dieses Gerät noch eine Drehvorrichtung, mit deren Hilfe der ganze Balken um 180° gedreht wird, um auch die zweite Ofenseite behandeln zu können.

Eine weitere erfindungsgemäße Abkrätzvariante, läßt sich sehr wirkungsvoll anwenden, wenn das Ofentor die gesamte Ofenbreite, bzw. Länge zugänglich macht.

In diesem Fall kann ein massiv ausgeführtes, leistungsstarkes Fahrzeug ein Abkrätzschild, oder einen ideal ausgebildeten Abkrätzrechen mit einem langen Balken, so verfahren, daß das Schild oder der Rechen die gesamte Ofenbreite oder Länge abdeckt.

Wird dieser Abkrätzer langsam in Richtung der gegenüberliegenden Wand geschoben, dann kann mit dieser einzigen Bewegung die ganze Krätze erfaßt und mitbewegt werden.

Durch entsprechend ausgebildete Öffnungen, Schlitze oder Spalten im Abkrätzer wird verhindert, daß sich das Metall staut, und ungehindert in den vorderen Ofenraum abfließen kann, während die Krätze gesammelt und in den hinteren Ofenteil bis zur Wand bewegt wird.

Durch vorsichtiges Herausheben in der hintersten Position gelingt es dann alle Krätze auf das Schild zu heben und im Zurückfahren aus dem Ofen zu entfernen.

Durch eine Kippbewegung des Schildes wird dann die Krätze in die Krätzekübel entleert die entsprechend dimensioniert sind, damit in einen oder maximal drei Kübel, die gesamt Krätze aufgenommen werden kann. Dieser ganze Vorgang ist relativ kurz, deshalb kann er von Hand oder automatisch durchgeführt werden.

Auch eine Kombination automatischer Schritte, mit der Handbedienung kann manchmal sinnvoll sein.

Der vorher beschriebene Bewegungsablauf kann aber auch von hinten nach vorne erfolgen und dann wird die Krätze mit dem Schild gezogen und direkt aus dem Ofen entfernt.

Bei Öfen mit kleineren Ofentoren kann dieses bequeme Verschieben auch genutzt werden, wenn es gelingt das Schild dreh- und kippbar zu gestalten. Mittels einer solchen Dreh- und Kippvorrichtung des Schildes kann es mit der Schmalseite in den Ofen gefahren und dann so gedreht werden, daß auch die ganze Länge oder Breite des Ofens erfaßt wird.

Der weitere Ablauf ist dann genau wie bei der starren Variante, nur mit dem Unterschied, daß zum Herausnehmen das Schild wieder in die schmale Ausgangslage geschwenkt wird und dann durch die relativ kleine Ofentür, das Schild mit der gesamten Krätze herausgefahren und entleert wird.

EINSATZ DER VORRICHTUNG BEIM SCHMELZEN VON FESTMETALL UND SCHROTTEN IN HERDÖFEN: Blatt 3

Aluminium ist bekanntlich ein sehr guter Wärmeleiter, das gilt aber nicht mehr im flüssigen Zustand, denn bei 700°C sinkt die Wärmeleitfähigkeit deutlich ab.

Erschwerend kommt hinzu, daß die Dichteunterschiede nicht wie beim Wasserkochen für eine natürliche Konvektion sorgen, weil der Wärmeeintrag von oben über die Brennerflammen und die Strahlung der Decke stattfindet.

Auf der Kochplatte wird Wasser von unten erwärmt, dadurch spezifisch leichter und kleine Strömungen bewegen sich in Richtung Oberfläche.

Diesen Effekt nutzt man beim Aluminiumschmelzen nicht, im Gegenteil die relativ stabilen Schichtungen behindern den Wärmeübergang sogar. Aus diesen Gründen muß der Schmelzvorgang durch zwangsweise Metallbewegung beschleunigt werden.

Diese erzwungene Metallbewegung, führt zu einem ständigen Ausgleich der Metalltemperatur, stabile Temperaturschichtungen werden verhindert bzw. aufgehoben und damit ein viel rascheres Aufschmelzen erreicht.

Mit einem erfindungsgemäßen, speziell ausgebildeten Rührpropeller an einer ausreichend langen Rührwelle, kann die erforderliche Metallbewegung bewirkt werden.

Das Spezial Rührfahrzeug fährt mit seinem, an der langen Rührwelle befestigten Rührpropeller in den Ofen und zwar zu einer Stelle an der der Propeller in den bereits vorhandenen Flüssigmetallsumpf eintaucht.

Das Alround Fahrzeug hingegen, nimmt diesen Rührer über einen geeigneten Adapter auf und fährt dann in dieselbe Startposition und arbeitet danach genauso.

Das Tor wird soweit geschlossen, daß die Rührwelle ungehindert drehen kann, oder sie taucht über eine entsprechend dimensionierte Aussparung in dem Torabschlußbalken in den Ofen hinein.

Das Spezialrührfahrzeug ist permanent an die Rührwelle gekuppelt, wohingegen das Alroundfahrzeug erst über einen geeigneten Adapter an eine Zapfwelle angekuppelt wird.

In diesem Einsatzfall bleibt das Fahrzeug stationär an der ausgewählten Stelle und bringt lediglich das Metall über den Propellerrührer in Bewegung.

Dieser Rührer und auch die Welle, ist aus geeigneten Materialien gefertigt wie Keramik, Kunstkohle, Grafit oder speziellen Stahlgußlegierungen, die eine ausreichende Standzeit gewährleisten.

Eine weitere erfindungsgemäße Variante zur Metallbewegung besteht darin, daß ein massives Schild aus geeignetem Werkstoff unmittelbar hinter der Ofentür in die Schmelze eintaucht und die ganze Ofenbreite abdeckt.

V. AUSFÜHRUNGSVARIANTEN

Die für diese Anwendungen vorgesehenen Fahrzeuge sind größen- und leistungsmäßig an die Ofengröße und an die jeweiligen Aufgaben ideal angepaßt.

Im einfachsten Fall, beim Einsatz in kleinen Öfen, genügen z. B. zum Schmelzereinigen mittels Blasrohr, kleine bewegliche Geräte, die gar keinen Fahrersitz benötigen sondern nur über angetriebene Räder oder Walzen verfügen, die den ganzen Apparat aber beweglich und stabil genug seine Aufgabe erfüllen lassen.

Das Programmieren der Bewegungsabläufe, erfolgt anhand der geometrisch bestimmten idealen Abläufe oder durch teach in. Dabei werden Gerät oder Fahrzeug über eine einfache Lenkung und Steuerung dazu gebracht die erforderlichen Bewegungen einmal durchzuführen und in die freiprogrammierbare Steuerung einzuprogrammieren.

Danach wird von einem definierten Startort aus, dieser Bewegungsablauf beliebig oft wiederholt. Der Vorteil dabei ist eine, von allen Außenbedingungen unbeeinflußte Mechanik.

Die Geschwindigkeit und die Richtung der Vorgänge, wird über entsprechende Stellmotoren und Regler vorgegeben.

Große Öfen mit großem Fassungsvermögen, großer Badoberfläche und deshalb schweren Werkzeugen, Balken und Körben, sowie längeren Wegen erfordern natürlich stärkere auf diese Aufgabe angepaßte Fahrzeuge.

Aber auch dann sollten möglichst erprobte Standardfahrzeuge eingesetzt und auf den Einsatzzweck umgebaut werden.

Als Antriebsmotor sind alle bekannten Variationen möglich, von Benzin, Diesel, Gasmotoren bis hin zu Elektromotoren.

Auch für die Kraftübertragung sind alle bekannten Möglichkeiten je nach Einsatzfall auszunutzen: Getriebe, Hydraulikpumpen oder drehzahlregelbare Elektromotoren sind je nach Erfordernis des Einzelfalles auszuwählen.

Die freiprogrammierbare Steuerung, wird über die Erfassung aller relevanten Bewegungen in allen Achsen, beim erstmaligen Fahren von Hand einprogrammiert und diese sind dann immer in gleichbleibender Qualität verfügbar.

Ändern sich dauerhaft die Randbedingungen, dann müssen diese neuen Randbedingungen berücksichtigt und neu "einstudiert" bzw. programmiert werden.

Die Ofeninnengeometrie kann sich durch Anhaftung, oder Verkleben mit nichtmetallischen Bestandteilen nur so ändern wie dies von den exakt wiederkehrenden Werkzeugbewegungen zugelassen wird. Mittelfristig wird dadurch ein stationärer Zustand erreicht.

Sollte sich das Aufwachsen allerdings verstärken, müssen diese Beläge möglichst frühzeitig beseitigt werden.

Die Spezialfahrzeuge für die permanente Ausführung von bestimmten Arbeitsgängen, brauchen nur so beweglich und variabel sein, wie es den jeweiligen Daueranwendungen entspricht. Wenn dann auch noch alle Öfen gleich groß sind, dann benötigt das Fahrzeug relativ wenig Hydraulik zum Heben oder Seitenverschieben.

Bei den universell einsetzbaren Geräten bzw. Fahrzeugen, den Alroundern ist dagegen eine aufwendigere Anpassung und Beweglichkeit erforderlich, weshalb dann zusätzlich Hub, Querverschub und Drehvorrichtungen vorgesehen werden müssen.

VI. ZUSAMMENFASSUNG

Die ausführlich beschriebenen Nachteile, bei der Durchführung der erforderlichen Maßnahmen zur Vorbereitung von Aluminium auf den Guß, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den erfindungsgemäßen Vorrichtungen vollständig vermeiden.

Dazu kommen die vielfältigen Vorteile bei der Anwendung dieser Vorrichtung und insgesamt summieren sich die zehn 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. Steigerung der Metallqualität
• 8. Humanisierung der Arbeitsplätze
• 9. Verbesserung der des Hallenklimas
• 10. Verminderung der diffusen Emissionen in die Halle.

Claims (11)

1. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Behandlung von flüssigem Metall in Schmelz- und Warmhalteöfen, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines ausreichend dimensionierten fahrbaren Gerätes oder Fahrzeuges, alle erforderlichen Arbeiten zur optimalen Vorbereitung des Metalles auf den Guß, wie Schmelzen Legieren, Behandeln und Abkrätzen mit den jeweils ideal angepaßten Werkzeugen oder Hilfsvorrichtungen bestückt, sehr rasch und immer wiederkehrend gleichmäßig durchgeführt werden können, weil diese Arbeitsabläufe einmal in einem PC oder in einer freiprogrammierbaren Steuerung programmiert wurden und dann über Ofencode und Vorgang reproduzierbar abgewickelt werden können.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Werkzeuge auf ein Fahrzeug, einen Alrounder mittels geeigneter Aufnahmevorrichtung angekoppelt werden und dann an allen zur Verfügung stehenden Öfen, mit allen zur Verfügung stehenden Werkzeugen und Geräten die erforderlichen Arbeitsvorgänge, wie Schmelzen, Legieren, Behandeln und Abkrätzen durchgeführt werden.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden einzelnen Arbeitsvorgang ein Spezialfahrzeug gebaut wird, das immer nur für diese gleichbleibenden Arbeiten, wie Schmelzen Legieren, Behandeln und Abkrätzen eingesetzt wird, weil durch die Vielzahl der Öfen ein solches Gerät oder Fahrzeug fast dauernd für den selben Arbeitsvorgang im Einsatz ist.

4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der PC oder die freiprogrammierbare Steuerung, mit allen für den Vorgang relevanten Daten gespeist wurde und dann dieser spezielle Arbeitsablauf an dem individuellen Ofen präzise ausgeführt werden kann.

5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Werkzeuge und Geräte, auf die individuellen Aufgaben ideal angepaßt sind und deshalb diese Arbeitsvorgänge nicht nur rascher sondern auch noch qualitativ besser ausführen.

6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Allroundfahrzeug in der Lage ist alle beschriebenen Aufgaben zu erfüllen und lediglich für jeden Vorgang, das genau passende Werkzeug über einen Adapter aufnimmt.

7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Winkel- und Wegmessung die Werkzeuge innerhalb des Ofens so bewegt werden, daß keine Wandberührung, oder sofern gewünscht wie z. B. beim Abkrätzen nur sehr feinfühlig stattfindet und zu keiner Beschädigung führt.

8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte automatische Arbeitsvorgang mit elektrischen oder thermischen Sensoren überwacht wird, die insbesondere beim Legieren und Metallbewegen zum rascheren Schmelzen das Überfüllen verhindern, weil diese frühzeitig einen maximalen Metallstand erkennen.

9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche vor dem Ofen mit einer Induktionsschleife und/oder Näherungssonden, so gesichert sind, daß das Gerät oder Fahrzeug auch im Extremfall bei Ausfall der Computersteuerung rechtzeitig gestoppt wird und keinen Schaden anrichten kann.

10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsbereich des Gerätes oder Fahrzeuges, mittels Lichtschranken oder außerhalb des Bereiches wirksam werdenden Bewegungsmeldern, ein unbefugtes Betreten bzw. Eintreten in den Gefahrbereich des Fahrzeuges verhindern.

11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Werkzeuge aus geeigneten Werkstoffen hergestellt sind, die das Verweilen in der heißen Ofenatmosphäre erlauben, insbesondere der Baum für den Legierungskorb ist aus einem geeigneten hitzebeständigen Stahl hergestellt.