-
Die
Erfindung betrifft einen Metallschmelz-Drehtrommelofen, insbesondere
zum Umschmelzen von (Sekundär-)Aluminium
in einem Schutzbad, mit einer drehbaren Ofentrommel, deren Trommelmantel
mehrere über
den Umfang verteilt angeordnete und ins Ofeninnere ragende Rührkörper aufweist.
-
Bei
dem Schutzbad handelt es sich vorwiegend um Salz, welches die Metallschmelze
in Gestalt einer oberflächenseitigen
Salzschicht abdeckt. Das Arbeiten unter Salz erlaubt es, die Abbrandverluste zu
verringern und einen großen
Teil der Verunreinigungen als Salzschlacke oder -krätze zu sammeln und
auszutragen.
-
Ein
Metallschmelz-Drehtrommelofen der eingangs beschriebenen Ausführungsform
wird beispielhaft in der
US-PS
6,395,221 B1 , der
EP
0 886 118 B1 oder der
EP 1 408 297 A1 beschrieben. Dabei kommen
sowohl metallische Rührer
als auch solche mit einem metallischen Kern und einer den metallischen
Kern ganz oder teilweise umgebenden nichtmetallischen Umhüllung aus
einem Feuerfestmaterial zum Einsatz.
-
Neben
den bekannten Drehtrommelöfen zum
Umschmelzen von Metallen, insbesondere von Aluminium in einem Schutzbad,
kennt man Drehtrommelöfen,
die zum Brennen von Zement, Kalk, Gips oder ähnlichem Gut entsprechend der
DE 580 572 C Verwendung
finden. Auch die Aufbereitung von Abfällen wird mit solchen Drehtrommelöfen entsprechend
der FR 2 415 418 A bewerkstelligt.
-
Daneben
beschreibt die
US-PS 4 637 591 einen
Drehtrommelofen, der zum Kühlen
und Aufbereiten von sogenannter Krätze bzw. Aluminiumschlacke eingesetzt
wird. Dazu taucht der Drehtrommelofen in ein Wasserbad ein. Im Innern sind
sowohl Rührer
als auch eine Spiralschnecke für
den Transport der Krätze
angeordnet.
-
Die
bekannten Metallschmelz-Drehtrommelöfen haben sich grundsätzlich bewährt, weil
sie mit ihren Rührern
für eine
gleichmäßige Durchmischung der
Metallschmelze sorgen und zugleich bisher nicht geschmolzene Brocken
unter die Badoberfläche
drücken.
Dadurch wird der Metallverlust auf ein Minimum beschränkt. Auch
der Salzverbrauch ist gegenüber
Metallschmelz-Drehtrommelöfen
ohne Rührer deutlich
verringert.
-
Schließlich sind
noch sog. Kipptrommelöfen bekannt,
die mit einer weiter reduzierten Salzmenge zur Realisierung des
Schutzbades betrieben werden. Aufgrund des geringen Salzzusatzes
fällt die
Salzschlacke in Form eines rieselfähigen trockenen Salzkuchens
an. Um nicht aufgeschmolzene Salzschlacke entfernen zu können, müssen diese Öfen dreh- und
kippbar ausgeführt
sein (vgl. das Buch von Dr.-Ing. Klaus Krone "Aluminiumrecycling", Verein Deutscher Schmelzhütten e.V.
Düsseldorf,
2000, Seite 329 ff.).
-
Der
geringere Verbrauch von Salz bzw. Schmelzsalz bei Kipptrommelöfen im Vergleich
zu Metallschmelz-Drehtrommelöfen
mit Rührern
im Innern kann nur deshalb erreicht werden, weil selbst trockenes
bzw. rieselfähiges
Salz (incl. gebundener Schlacke) durch das mögliche Kippen ausgetragen werden
kann. Das ist bei Drehtrommelöfen
ohne solche zusätzlichen
Kippvorrichtungen nicht möglich,
so dass hier mit einer größeren Salzmenge
gearbeitet werden muss, die sich in zumindest teigiger Konsistenz
noch ausbringen lässt.
Dieser prinzipielle Vorteil der Kipptrommelöfen wird jedoch mit enormem
konstruktiven und finanziellen Aufwand durch die notwendige Kippvorrichtung
erkauft, welcher eine flächendeckende
Verbreitung bisher verhindert hat.
-
Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Metallschmelz-Drehtrommelofen der
eingangs beschriebenen Ausführungsform
so weiter zu entwickeln, dass der Salzverbrauch bei geringem konstruktiven
und finanziellen Aufwand verringert ist.
-
Zur
Lösung
dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßer Metallschmelz-Drehtrommelofen
erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass die Rührkörper zumindest
bereichsweise wendelförmig
und/oder spiralförmig
in der Art wenigstens einer archimedischen Schraube angeordnet sind.
Das heißt,
die Rührkörper formen
zusammengenommen eine oder mehrere archimedische Schrauben, und
zwar zumindest bereichsweise innerhalb der Ofentrommel. Eine solche nach
dem griechischen Mathematiker und Physiker Archimedes benannte Schraube
diente schon im Altertum zur Förderung
von Wasser. Heute wird sie überwiegend
benutzt, um pulverförmiges
Gut zu fördern.
-
Zumeist
sind die Rührkörper räumlich auf
einer Wendel also einem schraubenförmigen Gebilde angeordnet,
in dem sie zusammengenommen eine schraubenlinienförmige Hüllkurve
bestimmter Steigung beschreiben. Dabei können die Rührkörper jeweils einen vorgegebenen
Umfangsabstand zueinander aufweisen.
-
Die
jeweiligen Umfangsabstände
mögen bereichsweise
gleich oder verschieden ausgebildet sein. Insgesamt können die
Rührkörper in
der Art zweier oder mehrerer gleichlaufender und/oder gegenläufiger archimedischer
Spiralen im Trommelmantel angeordnet werden. Dabei hat es sich ergänzend bewährt, wenn
die Rührkörper verstellbar
ausgebildet sind.
-
Diese
Verstellung kann in Radialrichtung vorgenommen werden, wie dies
beispielhaft in der
DE 203
03 289 U1 beschrieben wird. Ergänzend oder alternativ sieht
die Erfindung auch eine Verstellung der Rührkörper in Axialrichtung und/oder
hinsichtlich ihres Neigungswinkels vor. Durch die beiden letztgenannten
Maßnahmen
kann im Wesentlichen die Form der archimedischen Schraube, deren
Spiralsteigungswinkel etc. variiert werden.
-
Das
ist insbesondere vor dem Hintergrund von Bedeutung, dass die Ofentrommel
im Allgemeinen im Schmelzbetrieb in einer Drehrichtung angetrieben
wird und für
den Austrag von beispielsweise Schlacke eine Drehung in der anderen
Richtung erfährt.
Anders ausgedrückt,
sorgen die über
den Umfang des Trommelmantels verteilt angeordneten Rührkörper in
der einen Drehrichtung – wie
allgemein bekannt – für die notwendige
Durchmischung des Metallbades bzw. Aluminiumbades und gleichzeitig dafür, dass
bisher nicht geschmolzene Brocken unter die Badoberfläche getaucht
werden.
-
Denn
der erfindungsgemäße Metallschmelz-Drehtrommelofen
wird zumeist für
die Aufbereitung von Sekundäraluminium,
also das Ein- und Umschmelzen von Aluminiumschrotten, in einem Schutzbad
eingesetzt. In der anderen Drehrichtung stellen die Rührkörper sicher,
dass nach einem Abstich des flüssigen
Metalls Schlacke ausgetragen werden kann. Diese ist in dem üblicherweise
eingesetzten Schmelzsalz zur Realisierung des Schutzbades gebunden.
Durch den aktiven Schlackeaustrag mit Hilfe der speziell angeordneten
Rührkörper kann mit
deutlich weniger Salz gearbeitet werden, als dies für bisherige
Metallschmelz-Drehtrommelöfen
mit Rührkörpern gilt.
Denn die eine oder die mehreren archimedischen Schrauben sind in
der Lage, selbst pulvertörmiges
Salz fördern
zu können.
Eine teigige Konsistenz, wie sie bisher verfolgt wurde, ist nicht
erforderlich. Das alles gelingt, ohne dass auf aufwändige Kippvorrichtungen
zurückgegriffen
werden müsste,
die Ofentrommel also regelmäßig horizontal
angeordnet werden kann.
-
Alternativ
schlägt
die Erfindung vor, die Ofentrommel mit einer fest vorgegebenen oder
einstellbaren Neigung gegenüber
einer Horizontalen auszurüsten.
-
Dabei
mag die fest vorgegebene Neigung so eingestellt werden, dass die
Badoberfläche
der Metallschmelze eine Ofenöffnung
nicht erreicht. Bewährt
haben sich hier Werte für
den Neigungswinkel von 10° bis
30°, vorzugsweise
15° bis
25°.
-
Im
Ergebnis wird ein Metallschmelz-Drehtrommelofen zur Verfügung gestellt, welcher
durch einen besonders niedrigen Verbrauch an Schmelzsalz überzeugt.
Tatsächlich
kann dieses Schmelzsalz mit der darin gebundenen Schlacke problemlos
auch in pulvriger oder körniger
Konsistenz aus der drehbaren Ofentrommel ausgetragen werden, weil
insofern im Innern eine aus den Rührkörpern gebildete archimedische
Schraube für
den Schlackeaustrag zur Verfügung
steht. Zu diesem Zweck wird die Ofentrommel in einer Drehrichtung betrieben.
Die andere Drehrichtung kommt während des
Schmelzbetriebes zum Einsatz.
-
Dabei
können
die Rührkörper aus
Eisen, insbesondere Gusseisen, hergestellt sein, wie dies in der
EP 0 886 118 B1 beschrieben
wird. Alternativ oder zusätzlich
kann aber auch auf Rührkörper mit
einem metallischen Kern und einer den metallischen Kern umhüllenden
Ummantelung aus Feuerfestmaterial zurückgegriffen werden (vgl.
US-PS 6 395 221 B1 ,
EP 1 408 297 A1 ).
-
In
beiden Fällen
verfügt
der Rührkörper über eine
zumeist quaderförmige
Gestalt, so dass die Rührkörper zusammengenommen
eine Hüllkurve
beschreiben, welche die archimedische Schraube definiert. In diesem
Zusammenhang ist es unbedeutend, dass zwischen den einzelnen Rührkörpern jeweils gleiche
oder verschiedene Umfangsabstände
realisiert sind. Denn die Fähigkeit
der archimedischen Schraube zum Schlackeaustrag wird hierdurch nur geringfügig beeinträchtigt.
Dennoch können
die einzelnen Rührkörper die
jeweiligen Schrottbestandteile wirkungsvoll unter die Badoberfläche der
Metallschmelze bzw. Aluminiumschmelze drücken und somit den Einschmelzvorgang beschleunigen.
Metallverluste durch Verdampfen sind also auf ein Minimum beschränkt. Dadurch
wird insgesamt eine deutliche Kostenersparnis erreicht.
-
Der
geringere Einsatz an Schmelzsalz macht sich nicht nur bei der Beschickung
des erfindungsgemäßen Metallschmelz-Drehtrommelofens
positiv bemerkbar, sondern auch beim Schlackeaustrag. Denn im Vergleich
zu bisherigen Metallschmelz-Drehtrommelöfen und den verringerten Einsatz
von Schmelzsalz ist auch die Menge an ausgetragener Schlacke deutlich
verringert. Da die Schlacke aufwendig aufgearbeitet und ggf. im
Rahmen einer Abfallbeseitigung gelagert werden muss, ist auch an
dieser Stelle mit deutlichen Kostenvorteilen zu rechnen. Hierin sind
die wesentlichen Erfindungsaspekte zu sehen.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 einen erfindungsgemäßen Metallschmelz-Drehtrommelofen
schematisch im Schnitt und
-
2 eine Ansicht auf den Gegenstand nach 1 aus Richtung X.
-
In
den Figuren ist ein Metallschmelz-Drehtrommelofen dargestellt, welcher
zum Umschmelzen von Aluminium in einem Schutzbad verwendet wird.
Bei dem Aluminium handelt es sich um sog. Sekundäraluminium, also überwiegend
Aluminiumschrott, welcher eingeschmolzen und der Sekundäraluminiumindustrie
zugeführt
wird. Der gezeigte Metallschmelz-Drehtrommelofen verfügt in seinem
grundsätzlichen
Aufbau über
eine drehbare Ofentrommel 1, deren Trommelmantel 2 mehrere über den
Umfang verteilt angeordnete Rührkörper 3 aufweist.
-
Die
Rührkörper 3 sind
in einer Ausmauerung und/oder Isolierauskleidung 4 angeordnet
und mögen
von innen im Trommelmantel 2 befestigt sein. Selbst verständlich liegt
auch eine Befestigung der Rührkörper 3 von
außen
her im Rahmen der Erfindung.
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Rührkörper 3 aus
Eisen, insbesondere Gusseisen, hergestellt, wenngleich die Erfindung
auch Varianten umfasst, bei denen die Rührkörper 3 über einen
metallischen Kern und eine den metallischen Kern umhüllende Ummantelung
aus einem Feuerfestmaterial aufgebaut sind. Selbstverständlich können die
beiden vorgenannten Rührkörpertypen
auch miteinander kombiniert werden.
-
Für die Erfindung
von wesentlicher Bedeutung ist der Umstand, dass die Rührkörper 3 zumindest
bereichsweise wendelförmig
und/oder spiralförmig
in der Art wenigstens einer archimedischen Schraube angeordnet sind.
Das erkennt man besonders anhand der 1.
Das heißt,
die Rührkörper 3 sind
räumlich
entlang einer Wendelfläche
bzw. Schraubenfläche
angeordnet, die über
einen bestimmten Steigungswinkel α gegenüber einer
Achse A der Ofentrommel 1 verfügt. Dieser Steigungswinkel α nimmt im
Rahmen der Darstellung Werte von ca. 60° bis 80°, vorzugsweise Werte im Bereich
von ca. 70° an,
was natürlich
nicht einschränkend
gilt.
-
Selbstverständlich können auch
mehrere archimedische Schrauben aus den Rührkörpern 3 zusammengesetzt
vorgesehen werden. Außerdem
ist es denkbar, mit unterschiedlichen Steigungswinkeln α in axialer
Richtung der Ofentrommel 1 zu arbeiten. Üblicherweise
wird man jedoch den Steigungswinkel α wie zuvor beschrieben bemessen
und im Übrigen die
Rührkörper 3 mit
jeweiligen Umfangsabständen
B ausrüsten,
die jeweils gleich sind, wie dies die 2 andeutet.
Denn hierdurch wird eine archimedische Schraube zur Verfügung gestellt,
die es ermöglicht, nach
dem Abstich der Metallschmelze im Innern des Trommelmantels 2 dort
noch vorhandene Schlacke 5 auszutragen, die meistens im
Salz gebunden ist.
-
In
der Darstellung nach 1 erkennt
man von der Metallschmelze eine Badoberfläche 6, auf der zugleich
eine nur angedeutete Schicht 7 aus dem Schmelzsalz schwimmt. – Grundsätzlich können die Rührkörper 3 auch
in der Art zweier oder mehrerer gleichlaufender und/oder gegenläufiger archimedischer
Spiralen bzw. archimedischer Schrauben im Trommelmantel 2 angeordnet
sein, was jedoch nicht dargestellt ist.
-
Ebenfalls
nicht gezeigt ist die Option, die Rührkörper 3 verstellbar
auszubilden. Dabei kommt sowohl eine Verstellung in Radialrichtung
R (vgl. 2) als auch
eine in oder gegenüber
der Axialrichtung bzw. in Richtung der Achse A in Frage. Hierdurch
lässt sich
beispielsweise der Steigungswinkel α der gebildeten archimedischen
Schraube variieren. Alternativ oder zusätzlich mögen die Rührkörper 3 auch hinsichtlich
ihres Neigungswinkels β verstellt werden
können,
was in der 1 angedeutet
ist.
-
Anhand
der 1 erkennt man ferner,
dass die Ofentrommel 1 insgesamt mit einer fest vorgegebenen
Neigung gegenüber
einer Horizontalen H ausgerüstet
ist. Im Ausführungsbeispiel
bemisst sich der zugehörige
Neigungswinkel γ zu
Werten von ca. 15° bis
30°, liegt
vorzugsweise im Bereich von ca. 20°. Auf diese Weise wird sichergestellt,
dass die Badoberfläche 6 der
Metallschmelze eine Ofenöffnung 8 nicht
erreicht. Für
den Abstich der Metallschmelze bzw. Aluminiumschmelze mag die Ofentrommel 1 entsprechend
um den Winkel γ gekippt
werden, so dass die Metallschmelze aus der Ofenöffnung 8 herausfließen kann.
Es ist aber auch denkbar, im Trommelmantel 2 eine nicht
dargestellte Öffnung
vorzusehen, durch welche der Abstich erfolgt.
-
Um
nun noch die verbleibende und in dem Schmelzsalz gebundene Schlacke 5 auszutragen, wird
die drehbare Ofentrommel 1 im Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend rechts
herum gedreht, so dass die Schlacke 5 peu à peu zur
Ofenöffnung 8 transportiert
wird und hier ihrer Aufbereitung zugeführt werden kann. Dagegen wird
die Ofentrommel 1 im Schmelzbetrieb im Linkslauf - also
in Gegenrichtung – zu
Drehungen veranlasst.
-
Eine
nicht dargestellte Steueranlage sorgt in Verbindung mit nur angedeuteten
Antriebsmotoren 10 mit Reibrollen 9 dafür, dass
die Ofentrommel 1 die gewünschten Drehungen vollführt.