DE2217377A1 - Schmelzofen - Google Patents

Description

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JBKB DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Upton Industries, Inc., Roseville, Michigan, USA

"Schmelzofen"

Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen, insbesondere zur Wiedergewinnung von Kupfer oder anderen Nichteisenmetallen aus Abfällen oder Schrott, welche diese Materialien in Verbindung mit Eisenmetall oder anderen Materialien enthalten. Die Wiedergewinnung von Kupfer oder dgl. wird für gewöhnlich ausgeführt durch Erhitzung des Abfallmaterials in einem Ofen auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Nichteisenmetalles, so daß dieses schmilzt und sich von den restlichen Feststoffen trennt. Das sich sammelnde geschmolzene Metall wird dann intermittierend oder kontinuierlich in flüssiger Form aus dem Ofen abgeführt. Es wurde auch schon vorgeschlagen, daß ein Ofen mit geschmolzenem Salzbad für das Herausziehen von geschmolzenem Kupfer verwendet werden kann, welcher Ofen bei Temperaturen oberhalb von 1O93°C arbeitet. Es bestanden jedoch bisher ungelöste physikalische und mechanische Probleme bezüglich des Sammelns des geschmolzenen Kupfers von den erhitzten Eisenmetall-Schrottresten und bezüglich deren Entfernung entweder in fester oder flüssiger

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- 2 Form aus dem Salzbadofen.

Der Stand der Technik bezüglich Salzbadofen zum Schmelzen von Metallen wird representiert durch die US-Patentschriften 2 355 761, 2 820 075, 3 049 570 und 3 085 125.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen üblichen elek-rischen Salzbadofen mit eingetauchten Elektroden so weiterzubilden, daß er mit besonderem Vorteil für die Wiedergewinnung von Kupfer oder anderen Nichteisenmetallen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein feuerfestes Element sich von dem Boden der Ofenkammer nach unten erstreckt und darin eine vertikale Leitung für die Abführung von geschmolzenem Metall aufweist, und daß Mittel vorgesehen sind, um das feuerfeste Element zu erhitzen, um die Temperatur am Eingang zu der darin befindlichen Leitung oberhalb des Schmelzpunktes des Metalles zu halten.

Durch die Erfindung wird ein Salzbadofen der bekannten Art dadurch weitergebildet, daß eine Abgabeöffnung besonderer Art geschaffen wird, durch welche das geschmolzene Metall aus dem Ofen zuverlässig abgeführt werden kann. Diese öffnung wird gebildet durch ein feuerfestes Element, das sich von dem Ofen nach unten erstreckt und einen inneren Kanal aufweist, durch

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den das geschmolzene Metall fortschreitet, während es aus dem flüssigen in den festen Zustand übergeht. Vorteilhafterweise sind Mittel vorgesehen, um die Temperatur des feuerfesten Elementes zu steuern, um die Temperatur des Metallaustrittes während des Gießens zu kontrollieren und gleichzeitig den Abzug des Metalles aus dem Ofen auszulösen. Die Regeleinrichtung umfaßt Mittel zum Erhitzen des feuerfesten Elementes wenigstens im Bereich des Öffnungsendes des inneren Kanales, um das Metall in dem geschmolzenen Zustand zu halten, wenn dieses aus dem Ofen durch die öffnung in den Kanal abgegeben wird.

Vorteilhafterweise wird das feuerfeste Element zugleich als eine Elektrode verwendet, so daß der elektrische Strom, der durch die Elektrode in das geschmolzene Metall und das geschmolzene Salz im Ofen gelangt, eine ausreichende Hitze erzeugt, um die Temperatur an dem öffnungsende des Kanales oberhalb dem Schmelzpunkt des Metalles zu halten. Weiterhin sind zweckmäßigerweise Mittel vorgesehen, um die Elektrode durch Wasser oder dgl. zu kühlen und damit die Temperatur innerhalb des Kanales zu regulieren, wenn das geschmolzene Metall von dem flüssigen Zustand in den festen Zustand übergeht, wenn es durch das feuerfeste Element fortschreitet.

Thermoelemente oder andere Temperaturfühler können in nächster Nähe zu dem als Elektrode dienenden feuerfesten Element angeordnet sein, um die Temperatur zu messen, so daß das Erhitzen

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und das Kühlen der Elektrode kontrolliert werden kann, wie dies zum Abziehen des geschmolzenen Metalles in fester Form notwendig ist.

Ein besonderer Vorteil der Verwendung einer Elektrode als dasjenige Mittel, welches den Abzugskanal für das geschmolzene Metall aufweist, besteht darin, daß dadurch ein einfacher Weg zum Erhitzen dieses Kanales, und zwar jeweils im gewünschten Maße, beschritten wird, und zwar entweder zum Verhindern einer zu starken Abkühlung des geschmolzenen Metalles innerhalb des Kanales oder zum erneuten Schmelzen von verfestigtem Metall nach dem Abschalten des Ofens.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf den Ofen. Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1

im größeren Maßstabe, während
Fig. 3 eine Stirnansicht ist.

Der Ofen mit geschmolzenem Salzbad weist eine monolitische, keramische Wand 11, äußere Ziegelwände 12 und innere Ziegelwände 13 auf. Der innere Ziegelbereich ist aufgebaut, um eine zentrale Salzkammer 14 von rechteckförmigern, horizontalem Querschnitt zu bilden. Nahe dem Boden der Kammer sind die Elek-

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troden paarweise angeordnet, und zwar die Paare 15,16 und 17,18. Es ist ein Transformator 19 vorgesehen, der eine flexible Leitung 20 fürdie Elektrode 15 und eine flexible Leitung 21 für die Gegenelektrode 16 aufweist, wobei die Verbindung mit entsprechenden zwischengeschalteten elektrischen Verbindern 22 erfolgt. Ein zweiter Transformator 23 weist eine flexible Leitung 2H für die Elektrode 17 und eine flexible Leitung 25 auf, die normalerweise bei 25A an einem elektrischen Zwischenverbinder 26 angeordnet ist, der zur Elektrode 18 führt. Das Salzbad 27 wird im geschmolzenen Zustand bei der gewünschten Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Metalles mit Hilfe eines elektrischen Stromes, der durch das Salzbad zwischen den Enden der paarweise angeordneten Elektroden geführt wird, gehalten. Insoweit ist der zuvor beschriebene Ofen ein üblicher elektrischer Ofen mit geschmolzenem Salzbad.

Für die Wiedergewinnung von Metall, welches in dem Ofen geschmolzen wird, ist der Boden der Salzkammer Ik mit einer Elektrode 28 versehen, welche einen zentralen Kanal 29 aufweist, durch den das geschmolzene Metall nach unten entnommen werden kann. Das obere Ende dieser Elektrode weist eine konische Eindrückung oder Vertiefung 30 auf, während die Kammer einen zen-· tralen, geneigten Abschnitt 31 aufweist.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß das abgesonderte geschmolzene Metall 32, das sich im Bodenbereich der Kammer unterhalb des geschmolzenen Salzes 27 sammelt, durch die öffnung

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29 in der Elektrode 28 abgezogen wird und am Boden von der Elektrode 2 8 in Form einer festen Metallstange 32A austritt. Der Abzug des geschmolzenen Metalles und der Austritt als eine starre Stange stellen einen kontinuierlichen Gießvorgang dar und erfordert damit eine genaue Temperaturkontrolle im Durchgang, durch den das Metall auf seinem Wege von der flüssigen Form in den festen Zustand übergeht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Temperaturkontrolle dadurch erreicht, daß sowohl eine Heizeinrichtung als auch eine Kühleinrichtung für die mit einer Bohrung versehene Elektrode 28 vorgesehen ist. Die Erhitzung wird dadurch erreicht, daß man die durchbohrte Elektrode 28 elektrisch mit dem Transformator 23 verbindet, so daß der Strom, der normalerweise durch das geschmolzene Salz zwischen den Elektroden 17 und 18 fließt, gezwungen wird, seinen Weg durch die Elektroden 17 und 28 zu nehmen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man die Verbindung 25A des flexiblen Leiters 25 vom elektrischen Verbindungselement 26 löst und das Verbindungselement 25A an den elektrischen Verbinder 33 anschließt, der an die untere Seite der Elektrode 28 führt, übliche Klemmeinrichtungen ¹IO sind vorgesehen an der Elektrode 28, wie dies für die elektrische Stromführung an eine aus feuerfestem Material bestehende Elektrode übliche Praxis ist. Die mit einer öffnung versehene Elektrode 28 erzeugt Wärme aufgrund ihres Ohm'sehen Widerstandes und auch aufgrund der Tatsache, daß das geschmolzene Material als

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eine Verlängerung zwischen Elektrode und Salzbad wirksam ist, wobei die Hitze auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalles übertragen und dort durch Körperleitung an die Elektrode 28 abgegeben wird. Die Kühlung der mit einer öffnung versehenen Elektrode 28 wird mit Hilfe eines Kühlmantels 3% erreicht, durch den eine Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, zwischen Einlaß- und Auslaßrohren 35 und 36 im Umlauf geführt wird.

Um die Wärmemenge und die erforderliche Kühlung zu bestimmen, sind Fühler 37»38, insbesondere Thermoelemente, vorgesehen, welche in der Ziegelwand 39, welche die Elektrode 28 umgibt, in Längsrichtung in Abständen angeordnet sind. Von der Temperaturmessung kann bestimmt werden, wie der Wärmevorgang und KühlVorgang reguliert werden muß, um die optimalen Gießbedingungen aufrechtzuerhalten. Die Schmelz/Abkühlzone innerhalb des Kanäles 29, in welcher Zone das abgegebene Metall vom flüssigen in den festen Zustand übergeht, muß als eine Punktion der Austrittsgeschwindigkeit kontrolliert werden. Wenn der Gießvorgang unterbrochen oder aus einem anderen Grund angehalten wird, ist es wichtig, daß die durchbohrte Elektrode ausreichend erhitzt werden kann, so daß der Vorgang des Abziehens des Metalles erneut gestartet werden kann, ohne daß ein Schaden an der Einrichtung auftritt.

Um das Abziehen von Metall aus dem Ofen durch die Leitung 29 auszulösen, wird die Temperatur an der öffnung, wie sie durch

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die Fühler wiedergegeben wird, oberhalb des Erstarrungspunktes des Metalles angehoben. Nachdem die gewünschte Temperatur an dieser Stelle des Durchganges erreicht worden ist, beginnt das Metall sich vorwärts zu bewegen, wie dies bei kontinuierlichen Gießvorgängen üblich ist.

In der obigen Beschreibung wurde der Ofen beschrieben bei der Verwendung zur Wiedergewinnung verschiedener Metalle. Jedoch ist die Erfindung ganz besonders geeignet, um Kupfer aus Eisenmetallen von höheren Schmelzpunkten wiederzugewinnen, wobei erfahrungsgemäß das Kupfer mit den Eisenmetallen gemischt oder verbunden ist, wie bei Abfällen, wie sie bei den Armaturen von elektrischen Motoren auftreten.

Die durchbohrte Elektrode 28 muß aus einem elektrisch-leitenden Material bestehen, das ausreichend hitzebeständig ist, um der Temperatur und der chemischen Wirkung des geschmolzenen Metalles zu widerstehen und um ausreichend Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung bei dem Durchgang des verfestigten Metalles durch die Öffnung zu haben. Ein geeignetes Material ist Graphit. Jedoch läßt sich auch Silikonkarbid oder anderes äquivalentes Material anstelle von Graphit verwenden.

Es kann aber auch die mit der Öffnung versehene Elektrode alternativ dazu aus einem hitzebeständigen Metall, z.B. Molybdän-Zirkon, oder einer hitzebeständigen Legierung oder aus einem Cermet-Material bestehen.

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Das für den Ofen verwendete Salz ist ein solches, welches unterhalb des Schmelzpunktes des Kupfers oder anderen Metalles, das wiedergewonnen werden soll, schmilzt und das ein spezifisches Gewicht geringer als das des "Metalles besitzt, so daß das wiederzugewinnende Material sich im geschmolzenen Zustand unterhalb des geschmolzenen Salzes sammeln kann.

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Claims (10)

- ίο - Patentansprüche

1. Elektrischer Schmelzofen mit geschmolzenem Salzbad, insbesondere zur Wiedergewinnung von Nichteisenmetallen, bestehend aus einem keramischen Körper mit einer Ofenkammer, welche das geschmolzene Salzbad und das zu schmelzende Metall aufnimmt, wobei das geschmolzene Salz ein spezifisches Gewicht geringer als das des geschmolzenen Metalles aufweist, so daß sich das geschmolzene Metall am Boden der Kammer ansammelt, und bei dem in Berührung mit dem geschmolzenen Salzbad Elektroden stehen, welche an eine entsprechende Stromquelle anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein hitzebeständiges Element (28) vorgesehen ist, das sich vom Boden der Kammer (27) nach unten erstreckt und einen senkrechten Kanal zum Abziehen des geschmolzenen Metalles aufweist, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um das hitzebeständige Element zu erhitzen und die Temperatur im Bereich des Eintritts zu dem Kanal (29) oberhalb des Schmelzpunktes des Metalles zu halten.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige Element (28) eine von zwei Elektroden (17,28) bildet und daß zur Erhitzung des hitzebeständigen Elementes die Elektrode (28) an den Speisestromkreis anschließbar ist.

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- ii -

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch, gekennzei chnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um den elektrischen Strom von einer von zwei in direktem Kontakt mit dem geschmolzenen Salz stehenden Elektroden (17,18) umzuschalten auf die hitzebeständige Elektrode (28), welche in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall (32) steht, um die Temperatur im Bereich des Austrittskanals der hitzebeständigen Elektrode (28) anzuheben.

4. Ofen nach Anspruch 3» dadurch gekenn-

ze i chne t, daß eine Kühleinrichtung (3¹* bis 36) vorgesehen ist, um das hitzebeständige Element (28) während des Austretens des Metalles gegen überhitzung zu kühlen.

5- Ofen nach Anspruch 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung (3¹J bis 36) vorgesehen ist, welche dem hitzebeständigen Element (28) in der Weise zugeordnet ist, daß das geschmolzene Metall bei seinem Durchgang durch den Kanal (29) während des Abziehens des Metalles aus dem Ofen von dem flüssigen in den festen Zustand übergeht.

6. Salzbadofen nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige Element (28) so angeordnet ist, daß es die eine von zwei Elektroden (17,28) bildet, wobei das hitzebeständige Element (28) durch den

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Durchgang des Stromes von der Stromquelle über das hitzebeständige Element durch das geschmolzene Metall und das geschmolzene Salz zur anderen Elektrode erfolgt.

7. Salzbadofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Temperatur des geschmolzenen Salzes aufrechtzuerhalten, wobei diese Einrichtung Elektroden aufweist, die sich in das Salz erstrecken, und daß zum Erhitzen des hitzebeständigen Elementes (28) eine Einrichtung vorgesehen ist, um den Strom in das geschmolzene Salz wahlweise durch das hitzebeständige Element (28) einzuleiten.

8. Ofen nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

ze i chne t, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um den elektrischen Strom von der einen Salzbadelektrode (18) in direkte Berührung mit dem geschmolzenen Salz auf die hitzebeständige Elektrode (28) umzuschalten, die in direktem Kontakt mit dem geschmolzenen Metall steht.

9. Ofen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennze i chne t, daß das hitzebeständige Element eine mit einer Öffnung versehene Elektrode (28) ist und daß Mittel vorgesehen sind, um das hitzebeständige Element (28) zu erhitzen, und zwar durch selektiven Durchgang des Stromes in das geschmolzene Salz über die mit der Öffnung versehene Elektrode (28).

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10. Ofen nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Kühlen der mit der öffnung versehenen Elektrode zur Verhinderung einer überhitzung während des Durchgangs des geschmolzenen Metalles durch die Elektrode.

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