DE2342402A1

DE2342402A1 - Verfahren zur tieftemperatur-explosionszertruemmerung

Info

Publication number: DE2342402A1
Application number: DE19732342402
Authority: DE
Inventors: John Bernard Lightstone; Richard Benedict Mazzarella; Jaak Stefaan Van Den Sype
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1973-08-22
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE2342402B2; FR2196853A1; FR2196853B1; AT324815B; JPS4959347A; BR7306456D0; US3878787A; AU5876373A; BE803909A; IT994161B; GB1444008A; CA1004912A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELfENSTRASSE 32

2342402 L-8931-G 2 2. Aug. 1973

UNION CARBIDE CORPORATION 27O Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.

Verfahren zur Tieftemperatur-Explosionszertrümmerung

Die Erfindung befaßt sich mit der Tieftemperatur-Zertrümmerung und betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem die Zertrümmerung mittels einer Explosiventladung erfolgt.

Die wachsenden Autowrackhalden haben die Aufmerksamkeit auf Verfahren gelenkt, die es erlauben, abgewrackte Kraftfahrzeuge auf wirksame Weise zu beseitigen und dabei den in ihnen enthaltenen Metallschrott wiederzugewinnen. Das gestiegene industrielle Interesse an Verfahren zur Wiedergewinnung von Altmetall ist zum Teil auf die in der Öffentlichkeit verbreitete Sorge um die unwirtschaftliche Erschöpfung von unersetzbaren natürlichen Rohstoffquellen gegründet und wird dadurch unterstrichen, daB allein in den Vereinigten Staaten von Amerika jährlich ungefähr 8 Millionen Autos aufgegeben werden. Dies stellt ein bedeutendes Reservoir an wiederverwertbarem Metallschrott dar. Das Hauptaugenmerk lag auf der Rückgewinnung der vorherrschenden Eisenkomponente des Schrottmaterials. AuSerdem wurden auch die relativ wertvollen Nichteisenmetalle wie Kupfer abgetrennt und wiedergewonnen.

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FERNSPRECHER: 0811/6012039 ■ KABEL: ELECTRtCPATENT MÜNCHEN

Um Kraftfahrzeugschrott zu einem wirtschaftlich brauchbaren Stahlschrott hoher Güte zu veredeln, müssen normalerweise zunächst nichtmetallische Stoffe, wie beispielsweise die Polsterung, aus der .Karosserie entfernt werden. Außerdem muß das verbleibende Metall in seine Eisenkomponente und seine Nichteisenkomponenten getrennt werden. In Stahlschrott stellt Kupfer häufig die unangenehmste Nichteisenmetall-Verunreinigung dar. Kupfer beeinflußt nämlich die Eigenschaften zahlreicher Stahlprodukte, die aus wiedergewonnenem Metallschrott gefertigt sind, in unerwünschter und nachteiliger Weise. Infolgedessen wird vorzugsweise die gesamte in einem Kraftfahrzeug vorhandene Kupferverdrahtung aus dem Wrack entfernt, um zu vermeiden, daß dem Stahl Kupfer zugemischt wird.

Es wurden bereits zahlreiche Verfahren zum Aufarbeiten von Kraftfahrzeugschrott benutzt oder vorgeschlagen. In städtischen Zentren, in denen mindestens 40.000 ausgediente Kraftfahrzeuge pro Jahr anfallen, werden die Wracks bisher vorzugsweise in einer Shredderanlage- verarbeitet. Dabei werden aus dem Kraftfahrzeug zunächst der Lüfter, die Batterie, der Motor und die Sitze entfernt, sodann wird das Wrack in einer großen Hammermühle zerstückelt. Die anfallenden Metallstücke werden dann magnetisch in Eisen- und Nichteisenbestandteile getrennt, wobei ein Stahlschrott erhalten wird, der ungefähr O,25 Gew.% Kupfer enthält.

Es ist bekannt (US-PS 3 643 873), ein Autowrack mit flüssigem Stickstoff auf eine Temperatur zwischen -6O°C und -120 C abzukühlen, bevor es einem herkömmlichen Shredder zugeführt wird. Nach

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dem Shredden werden die Eisenmetallstücke von den Nichteisenmetallen auf magnetischem Wege getrennt.

Ein Tieftemperaturshredden hat den Vorteil, daß die Eisen- und Nichteisenbestandteile vollständiger voneinander getrennt werden können, weil der Sprödbruch des Eisenmetalls weniger Gelegenheit gibt, andere Werkstoffe, wie Kupfer, auf mechanische Weise festzuhalten, wenn die Verhältnisse mit unter normaler Außentemperatur ablaufenden Shredderoperationen verglichen werden. Bei Tieftemperaturen zersplittert nämlich der versprödete Eisenschrott weitgehend in kleine diskrete Stücke, wohingegen bei normaler Außentemperatur verhältnismäßig große knäuelförmige Eisenmetallstücke erhalten werden. Das Problem, daß Nichteisenmetalle in einem verformten Eisengefüge eingeschlossen und festgehalten werden, ist daher bei einer unter Tieftemperatur erfolgenden Zerstückelung kleiner.

Obwohl das bekannte Tieftemperaturshredderve'rfahren von der Konzeption her vielversprechend ist, was die Zerstückelung bei kryogenen Temperaturen anbelangt, so ist dieses Verfahren doch nur wenig leistungsfähig und unwirtschaftlich. Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, daß durch die Zerstückelung des Metallschrotts in einem Shredder Energie und Kälte auf unwirtschaftliche Weise verlorengehen. Nur ein verhältnismäßig kleiner Bruchteil der einer Hammermühle zugeführten Energie wird zum Zerstükkeln des Metalls ausgenutzt; der restliche Anteil der Energie geht unnütz als Wärme verloren, die auf den Schrott übertragen

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wird. Dies ist zum Teil auf die mechanische Arbeitsweise einer Hammermühle zurückzuführen, die in erheblichem Umfang einachsige Druckkräfte auf das zu zerstückelnde Metall aufbringt, während nur die Zugkomponente das Material in Stücke zerbrechen kann. Mit anderen Worten, einachsige Druckkräfte führen selbst bei niedrigen Temperaturen nur zu einer Verformung des Körpers, zerstückeln diesen aber nicht. Abgesehen davon, daß Energie wirkungslos verbraucht wird, ist eine Verformung des Metalls auch deshalb unerwünscht, weil sie Wärme erzeugt und dadurch die Metalltemperatur erhöht. Der Anstieg der Metalltemperatur vermindert die zurückgewinnbare Kälte und erhöht infolgedessen den Gesamtkältebedarf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leistungsfähiges und wirtschaftliches Verfahren zum Zertrümmern von Stoffen, wie Metallschrott, bei tiefen Temperaturen zu schaffen. Aus Metallschrott soll wertvolles Metall wiedergewonnen werden können. Der Einsatzbereich des gewonnenen Eisenbestandteils des Metalls soll erhöht werden, so daß sowohl der Wert, als auch die Menge, die von den Stahlherstellern ausgenutzt werden kann, gesteigert, werden. Mit der Erfindung soll ferner ein Verfahren zum Abbruch von Gebäuden oder Bauteilen geschaffen werden, das die Gefahr einer Beschädigung benachbarter Gebäude oder Bauteile verringert.

Ein Verfahren zum Zertrümmern eines Feststoffes, der bei Tieftemperaturen verglichen mit seinem Raumtemperaturverhalteh in erheblichem Maße versprödet, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der zu zertrümmernde Feststoff auf eine Temperatur abge-

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kühlt oder abgeschreckt wird, bei der er in erheblichem Maße versprödet ist, und daß zum Zerstückeln des Feststoffes ein Explosivstoff in nächster Nähe des abgekühlten oder abgeschreckten Feststoffes zur Detonation gebracht wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Zerstückelung des versprödeten Feststoffes mit Hilfe einer Explosionskraft erfolgt. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, daß bei tiefen Temperaturen ein gewünschtes Produkt unter Verwendung einer überraschend kleinen Explosivstoffmenge erhalten wird. Dies bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Im Falle von Kraftfahrzeugschrott führt die Energie, die dadurch freigesetzt wird, daß die erforderliche kleine Explosivstoffmenge in nächster Nähe des auf tiefe Temperaturen abgekühlten Schrotts zur Detonation gebracht wird, nur zu einer geringfügigen Temperatursteigerung. Infolgedessen kann ein Großteil der Kälte des zertrümmerten oder zerstückelten Produkts zurückgewonnen werden. Im Falle von kupferhaltigem Schrott, beispielsweise Elektromotoren und -generatoren, erlaubt es der Umstand, daß die erforderliche Explosivstoffmenge gering ist, den Explosivstoff an einer zuvor vorbereiteten Stelle innerhalb des Motors oder Generators unterzubringen. Diese Art der Unterbringung gestattet eine vollständige Trennung der Kupfer- und Eisenbestandteile. Im Gegensatz dazu kann die Explosivstoffmenge, die erforderlich ist, um eine derartige Trennung bei Raumtemperatur zu erzielen, nicht in brauchbarer Weise innerhalb des Motors oder Generators untergebracht werden. Beim Abbruch von Gebäuden können durch die Tieftemperaturvorbereitung der Stahlbau-

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teile die Sprengkräfte, die für den Abbruch erforderlich sind, wesentlich herabgesetzt werden, wodurch die Gefährdung und Beschädigung benachbarter Gebäude oder Bauteile verringert wird.

Durch geeignete Anordnung eines Explosivstoffes mit Bezug auf den zu zertrümmernden Feststoff kann auf Grund der eintretenden Explosion eine Stoßwelle erzeugt werden, die in dem Feststoff überwiegend Zugbeanspruchungen herbeiführt, die für die Zerstückelung nutzbar sind. Im Gegensatz zur Arbeitsweise eines herkömmlichen Shredders stellt daher die Zertrümmerung durch Detonation eines Explosivstoffes einen Vorgang hohen Wirkungsgrades dar, weil nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der durch die Explosion erzeugten Stoßwellenenergie zu einer plastischen Verformung des Feststoffes führt und dessen Temperatur erhöht. Ein größerer Teil der Energie wird in nutzbarer Weise zur Zerstückelung des Materials ausgenutzt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die mit der anfänglichen Stoßwelle verbundenen Druckbeanspruchungen vorwiegend hydrostatisch sind und zu keiner plastischen Verformung führen, so daß die anschließend auftretenden Zugbeanspruchungen eine Zerstückelung ohne wesentliche vorhergehende plastische Verformung bewirken. Außerdem nutzt die Erfindung den Umstand aus, daß die zum Zerstückeln eines metallischen Gegenstandes erforderliche Energie im allgemeinen mit steigender Dehnungsgeschwindigkeit abnimmt. Durch Verwendung von Hochleistungssprengstoffen können sehr hohe Dehnungsgeschwindigkeiten erzielt werden, die eine Zertrümmerung mit niedrigem Energieaufwand begünstigen.

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Zu der Leistungsfähigkeit des vorliegend beschriebenen Verfahrens trägt ferner der Umstand bei, daß die Zertrümmerung in einem einstufigen Arbeitsvorgang erfolgt, nämlich durch eine einzige Explosion einer oder mehrerer Ladungen. Dies ist insofern von Vorteil, als im Gegensatz zu den Verhältnissen bei einem herkömmlichen Shredder die verschiedenen Komponenten des Produkts nicht nachträglich wieder miteinander gemischt oder ineinander verfilzt werden, wodurch ihre anschließende Trennung behindert würde. Ferner hat das Material bei einem einstufigen Zertrümmerungsprozeß wenig Gelegenheit,durch Reibung oder durch wiederholte Umwandlung von elastischer Verformungsenergie in Wärme erhitzt zu werden.

Es sind nur kleine Energiemengen erforderlich, um das Material zu zertrümmern, so daß der Temperaturanstieg während des Zertrümmerungsvorganges gering ist. Infolgedessen ist anders als bei dem Verfahren nach der US-PS 3 643 873 eine Kälterückgewinnung in wirtschaftlicher Weise durchführbar. Im übrigen eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut für eine.Kälterückgewinnung innerhalb des Systems, weil das zu zertrümmernde Material nicht mit einer massiven Maschinerie in Kontakt kommt, die, wenn überhaupt, nur schwierig wärmeisoliert werden kann.

Das vorliegend beschriebene Verfahren eignet sich besonders gut für die Zertrümmerung verschiedener Arten von Metallschrott im Rahmen eines Rückgewinnungsvorganges, doch braucht es sich bei dem zu zertrümmernden Feststoff nicht unbedingt um Metall zu handeln. Die einzige Einschränkung besteht darin, daß das Material

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bei Tieftemperaturen verglichen mit seinem Raumtemperaturverhalten in erheblichem Maße versprödet, so daß es unter der Wucht der Explosion zersplittert. Unter dem Begriff "Feststoff" sollten vorliegend, ohne darauf beschränkt zu sein, kubisch-raumzentrierte Metalle und Legierungen sowie Kunststoffe und Gummis fallen. Der Feststoff kann auch aus mehreren Materialarten bestehen.

Die zu bevorzugende Anbringungsstelle der Sprengstoffladung mit Bezug auf den zu zertrümmernden Feststoff hängt notwendigerweise von der Geometrie des betreffenden Feststoffes ab. Je näher die Sprengstoffladung dem Feststoff ist, desto wirksamer erfolgt jedoch die Zertrümmerung. Außerdem ist es umso besser, je zentraler die Sprengstoffladung angebracht wird. Im allgemeinen ist das Einbringen der Sprengstoffladung in das Innere des zu zertrümmernden Materials zu bevorzugen, wann immer dies möglich ist. Um beispielsweise einen hohlen Zylinder zu zertrümmern, wird der Explosivstoff in den Zylinder eingebracht. Für feste Stoffe, die keine Anbringung der Ladung im Innern erlauben, ist es am zweckmäßigsten, den Explosivstoff an der Oberfläche des betreffenden Gegenstandes an einer Stelle anzubringen, die dem Massenschwerpunkt möglichst nahe liegt. Bei komplizierteren Materialformen wird die optimale Stelle für die Anbringung der Ladung am besten experimentell bestimmt. Unter den vorliegend verwendeten Begriff "in nächster Nähe"soll daher sowohl eine Anordnung der Ladung im Inneren des zu zertrümmernden Materials als auch eine Anbringung des Explosivstoffes auf der Oberfläche des betreffenden Gegenstandes fallen.

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Der vorliegend verwendete Begriff "Explosivstoff" soll alle chemischen Hochleistungssprengstoffe, beispielsweise auf Nitroglyzerinbasis beruhende Sprengstoffe.und Pentaerythritoltetranitrat (im folgenden als PETN bezeichnet), umfassen, ist aber darauf nicht unbedingt beschränkt. Jede Anordnung oder Vorrichtung, die , in der Lage ist, ähnlich hohe Energiedichten zu erzeugen, ist gleichfalls geeignet, beispielsweise elektrische Entladung hoher Energie.

Der vorliegend benutzte Begriff "in erheblichem Maße versprödet" bezieht sich auf das Verhalten des Stoffes in einem Schlagversuch, bei dem die bis zum Bruch der Probe absorbierte Energie gemessen wird. Bei einer Form des Schlagversuchs, nämlich dem Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy (ASTM Standards, PT. 31, 1970, Designation E23), wird eine Probe von vorgegebenen Abmessungen, die eine genormte Kerbe aufweist, in ihrem mittleren Bereich dem Schlag eines schweren Schwingpendels ausgesetzt. Bei Verringerung der Temperatur zeigen zahlreiche Werkstoffe eine Abnahme der bis zum Bruch der Probe absorbierten Energie, wie dies aus der typischen Kurve nach Figur 1 hervorgeht. Ein Maß für die Versprödung eines Werkstoffes ist die Abnahme der absorbierten Energie. Als Übergangstemperatur für den Übergang vom duktilen zum spröden Zustand kann die Temperatur definiert werden, bei der die in einem Charpy-Kerbschlagversuch absorbierte Energie 2,1 kpm beträgt. Dementsprechend wird vorliegend ein Metall als "in erheblichem Maße versprödet'· bezeichnet, wenn seine Temperatur unter der Übergangstemperatur für den Übergang vom duktilen zum spröden Zustand oder un- '

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terhalb -50 C liegt, je nachdem welche dieser beiden Temperaturen die niedrigere ist. Kunststoffe und Gummis werden im vorliegenden Zusammenhang als in erheblichem Maße versprö'det bezeichnet, wenn sie eine Temperatur von weniger als -50 C haben.

Im Falle von Werkstoffen, die aus mehreren Komponenten bestehen, wird der Mischwerkstoff vorliegend als in erheblichem Maße versprödet angesprochen, wenn diejenige Komponente, die zertrümmert werden soll, im oben definierten Sinne in erheblichem Maße versprö'det ist.

Die Art des auf einen Explosionsschlag zurückzuführenden Sprödbruches, d. h. die Größe und Form des zertrümmerten Materials, hängt von zahlreichen Variablen ab. Zu diesen gehören das Raumgewicht der Volumeneinheit, die Temperatur, auf die das Material abgekühlt ist, die Zusammensetzung des Materials, das Gewichtsverhältnis von Explosivstoff zu Material und der Ort der Anbringung der Explosivstoffladung. Im allgemeinen gilt, daß das für die Zertrümmerung erforderliche Explosivstoffgewichtsverhältnis umso niedriger ist, je höher das Raumgewicht der Volumeneinheit des Materials ist. Je niedriger ferner die Temperatur ist, auf die das Material abgeschreckt wird, desto kleiner ist das Explosivstoff gewichtsverhältnis , das für die Zertrümmerung vorgesehen werden muß. Das Verfahren nach der Erfindung kann bei einer Temperatur von ungefähr -50°C oder darunter ausgeführt werden. Die Menge des für die Zertrümmerung erforderlichen Explosivstoffes liegt zwischen ungefähr 1/2O und 1/7OOO kg Explosivstoff / kg fe-

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stes Material. Bezogen auf die freigesetzte Energie ausgedrückt, liegt der zweckmäßige Explosivstoffbereich zwischen ungefähr 1OO und 0,3 Joule Energie / g festes Material. Das Verfahren nach der Erfindung wird im allgemeinen innerhalb eines bevorzugten Temperaturbereichs von ungefähr -5O°C bis ungefähr -196 C ausgeführt. In den meisten Fällen beruht die Festlegung der für die Zertrümmerung günstigsten Bedingungen auf einem Kompromiß von mehreren, teilweise einander zuwiderlaufenden Erwägungen. Häufig stellt die Wirtschaftlichkeit der Tieftemperaturkühlung den bestimmenden Faktor dar und gibt dementsprechend in einer bestimmten Situation die Temperatur, auf die das Material gekühlt wird, und damit das erforderliche Explosivstoffgewicht vor.

Ein weiteres Anwendungsgebiet für das Verfahren nach der Erfindung ist der Abbruch von Bauwerken, wie Gebäuden, Brücken und dergleichen, durch Zerschl -igen der tragenden Bauteile. Dabei hat die Explosivstoffentladung nicht die Aufgabe, das gesamte tragende Bauteil zu zertrümmern. Die Ladung wird vielmehr benutzt, um das Bauteil an einem strategisch wichtigen Punkt zum Zusammenbrechen zu bringen, so daß Ziegelsteine und anderes Material mit ausreichender Kraft zusammenfallen, um in leicht zu handhabende Schutthaufen aufzubrechen. Obwohl prinzipiell das tragende Bauteil nur über seinen Querschnitt hinweg zerbrochen zu werden braucht, muß doch ein begrenzter Bereich, der einer Länge von ungefähr 12,7 mm bis 51 mm des Bauteils entspricht, auf tiefe Temperaturen abgekühlt werden, um für einen brauchbaren Bruch zu sorgen. In einem solchen Falle beruht daher das berechnete Gewichts-

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verhältnis von Explosivstoff zu Werkstoff auf dem Gewicht des dieser Lange entsprechenden Werkstoffes. Das heißt, die Querschnittsfläche des Bauteils multipliziert mit der oben erwähnten Länge ergibt das zu zertrümmernde Werkstoffvolumen, das seinerseits das Gewicht des für die Zertrümmerung erforderlichen Explosivstoffs bestimmt. Im allgemeinen sind wegen der Leistungsfähigkeit des Verfahrens nach der Erfindung nur verhältnismäßig kleine Explosivstoffmengen notwendig. Das Verfahren erfordert tatsächlich nur ungefähr 1 % des Explosivstoffes» der für einen Abbruch bei normaler Außentemperatur benötigt wird, wodurch die bei konventionellen Abbruchverfahren auftretenden Erscheinungen, wie eine starke Luftdruckwelle, Bodenerschütterungen und herumfliegende Trümmer, weitestgehend vermieden werden.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine grafische Darstellung des typischen.Verhaltens einer gekerbten Probe in einem Charpy-Kerbschlagbiegeversuch, die den Einfluß der Temperaturauf die bis zum Bruch der Probe absorbierte Energie erkennen läßt, und

Figur 2 eine grafische Darstellung des Einflusses der

Spannung auf die mechanische Verformung einer Probe aus niedriggekohltem Stahl bei -196 C.

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Das vorliegend beschriebene Verfahren ist auf verschiedenen technischen Gebieten für eine Vielzahl, von Zwecken einsetzbar und kann dementsprechend benutzt werden, um auf wirksame Weise Werkstoffe zu zertrümmern, wertvolle Metallanteile aus Metallschrott zurückzugewinnen, Bauwerke abzubrechen und dergleichen. Die Anpassungsfähigkeit des Verfahrens ist teilweise darauf zurückzuführen, daß es das Verfahren erlaubt, eine große Vielzahl von festen Werkstoffen zu zertrümmern oder zu zerstückeln und einen weiten Größenbereich von Bruchstücken einfach dadurch zu erzielen, daß die Menge der Explosivstoffladung und deren Anordnung mit Bezug auf das zu zertrümmernde Material variiert werden. Dieser Vorteil ist bei Verfahren, bei denen zur Zertrümmerung Hammermühlen eingesetzt Werden, nicht gegeben. Eine zusätzliche Flexibilität des beschriebenen Verfahrens kann durch geeignete Wahl der Ausbildung und Form der Explosivstoffladung erzielt werden. Insbesondere kann eine in eine vorbestimmte Form gebrachte Ladung benutzt und vorzugsweise auf der Oberfläche des Materials zur Detonation gebracht werden. Unter einer in vorbestimmte Form gebrachten Ladung soll dabei eine Explosivstoffladung verstanden werden, die beispielsweise in Form eines Hohlkegels ausgehöhlt ist. Außerdem kann das Medium, in dem der Werkstoff enthalten ist, variiert werden. Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zum Zertrümmern von Eisenschrott, beispielsweise Kraftfahrzeugschrott, Apparaten, Motoren, Generatoren und Werksschrott von Stahlwerken.

Der zu zertrümmernde Feststoff wird beispielsweise durch mechani-

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sehe Kälteerzeuger, vorzugsweise aber mit einem kryogenen Kältemittel, beispielsweise flüssigem Stickstoff, auf eine Temperatur abgekühlt, bei der er in erheblichem Maße versprödet. Eisenschrott versprödet in erheblichem Maße bei Temperaturen unterhalb von ungefähr -5O°C Kostenerwägungen und Überlegungen im Hinblick auf die bequeme Durchführbarkeit bestimmen zu einem gewissen Teil das in einer vorgegebenen Situation verwendete Kühlverfahren. Beim Abbruch von Stahlkonstruktionen kann beispielsweise das betreffende feste Material einfach dadurch gekühlt werden, daß dieses Material an Ort und Stelle unmittelbar mit einem kryogenen Kälteträger in Berührung gebracht wird. Dazu kann einfach das abzukühlende feste Material mit einem absorptionsfähigen Tuch oder Papier umwickelt werden, worauf die absorptions fähige Schicht vor der Detonation mit dem flüssigen Kälteträger benetzt wird. Die Vorbehandlung des festen Materials vor dem Abschrecken hängt von der Größe und der Masse des Materials ab. Bei einem Wiedergewinnungsvorgang, bei dem Schrott', beispielsweise Autowracks, benutzt werden, wird zum Beispiel das feste Material vorzugsweise zusammengepreßt, um leichter gehandhabt werden zu können. Nach der Versprödung wird das feste Material zertrümmert, indem eine in nächster Nähe angeordnete Explosivstoffladung zur Detonation gebracht wird. Nach dem Zertrümmern können die gewünschten wertvollen Metallanteile des Materials wiedergewonnen werden. Beispielsweise kann Schrott, der sowohl Eisen- als auch Nichteisenkomponenten enthält, wie dies beispielsweise bei Autowracks, Motoren und Generatoren der Fall ist, zertrümm&rt und dann durch geeignete Trennverfahren, wie magnetische Trennung oder Luftklassierung

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zerlegt werden.

Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders gut für die Kälterückgewinnung, weil das zertrümmerte feste Material bei der Detonation nur einen extrem geringen Temperaturanstieg erfährt. Da die Kühlkosten im allgemeinen einen der wesentlichen Betriebskostenfaktoren jedes Tieftemperaturzertrümmerungsverfahrens bilden, kann das vorliegend beschriebene Verfahren mit großem Vorteil mit bekannten Verfahren zur Kälterückgewinnung kombiniert werden. Brauchbare Kälterückgewinnungsverfahren sind beispielsweise aus der US-PS 3 666 185 bekannt.

Beispiel 1

Es wurden Versuche mit Zylindern aus niedriggekohltem Stahl bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt. Die Übergangstemperatur von niedriggekohltem Stahl für den Übergang vom duktilen zum spröden Zustand liegt bei ungefähr -5O°C. In die Mitte zweier Zylinder, die jeweils 2O7 g wogen und eine Wandstärke von 2,4 mm, einen Durchmesser von 25 mm und eine Länge von 152 mm hatten, wurden Ladungen von 0,87 bzw. 1,75 g PETN eingebracht. Der Explosivstoff wurde zur Detonation gebracht, während sich der Feststoff auf Zimmertemperatur befand. In beiden Fällen kam es zu einer erheblichen plastischen Verformung; nur in der Nachbarschaft des Explosivstoffes wurde eine lokalisierte Zertrümmerung erzielt.

Der Versuch wurde dann unter den gleichen Bedingungen wiederholt,

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mit der Ausnahme, daß der Feststoff bei der Detonation des Explosivstoffes auf -196 C abgekühlt war. Die Zylinder wurden über ihre volle Länge unter Eintritt von Sprödbruch intensiv zertrümmert, Das höhere Explosivstoffgewicht führte zu einer geringeren Teilchengröße des zertrümmerten Produkts.

Beispiel 2

Kugelige Ladungen des Explosivstoffs Detasheet C (63 % PETN, 8 % Nitrozellulose, Rest Füllstoff), die 0,5 bzw. 1,5 g wogen, wurden an den mittleren Bereich von Stahlplatten angelegt, die 186 g wogen und 51 χ 152 χ 3 mm groß waren. Der Explosivstoff wurde zur Detonation gebracht, während das feste Material Zimmertemperatur hatte. Es kam zu einer geringfügigen plastischen Verbiegung; eine Zerstückelung trat nicht ein.

Die Versuche wurden dann in der oben beschriebenen Weise wiederholt, mit der Ausnahme, daß das feste Material bei der Detonation des Explosivstoffs auf -196°C abgekühlt war. Die Platten zerbrachen in spröder Weise über ihre volle Größe in Stücke. Die Anzahl der anfallenden Stücke stieg mit höherem Gewicht des Explosivstoffs an.

Beispiel 3

Es wurden Versuche mit 1CS» kg schweren J<raftfahrzeuggeneratoren

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durchgeführt, deren Eisenkomponenten beT ungefähr -5O C in er-

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heblichem Maße versprb'det sind. Mit dem Versuch sollten die Eisenkomponenten so zerstückelt werden, daß das Kupfer freigegeben wurde. 6 g des Explosivstoffs Detacord C (63 % PETN₁ 8 % Nitrozellulose, 'Rest Füllstoff) wurden in der hohlen Ankerwelle bei Raumtemperatur in Luft zur Detonation gebracht. Der Generator wur-t de nur geringfügig beschädigt.

Der vorstehend beschriebene Versuch wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß der Generator bei der Detonation·des Explosivstoffs auf einer Temperatur von -196°C gehalten wurde, indem er in einer mit flüssigem Stickstoff gefüllten Pappschachtel untergebracht wurde. Alle Eisenkomponenten waren zertrümmert; sie ließen sich von den Kupferwicklungen, die nicht versprödet und im wesentlichen intakt geblieben waren, leicht trennen.

Beispiel 4

Um die der Anordnung der Explosivstoffladung zukommende Bedeutung zu veranschaulichen, wurde das in flüssigem Stickstoff durchgeführte Experiment gemäß Beispiel 3 wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Ladung nicht in der hohlen Ankerwelle untergebracht, sondern auf die Außenwand des Kraftfahrzeuggenerators aufgelegt war. Bei der anschließenden Detonation konnte nur das Gehäuse zertrümmert werden, während der Anker intakt blieb.

Dieser Versuch zeigt einen wesentlichen Vorteil des vorliegend beschriebenen Verfahrens, der darin zu sehen ist, daß die Ladung

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gezielt so angeordnet werden kann; daß die Kräfte an einer strategisch wichtigen Stelle erzeugt werden. Dieser Vorteil geht konventionellen Verfahren ab, bei denen für die Zertrümmerung Hammermühlen oder ähnliche Maschinen eingesetzt werden. Solche bekannte Verfahren sind im allgemeinen nicht in der Lage, den Anker des Generators zu zertrümmern. Aus diesem Grunde stellt auch bislang das Zerlegen von Generatoren von Hand das bevorzugte Vorgehen dar.

Beispiel 5

Um den Einfluß der Detonation in Luft und in flüssigem Stickstoff zu veranschaulichen, wurde ein Generator, wie er in den Beispielen 3 und 4 benutzt wurde, mit 10 g Explosivstoff Detasheet C beladen und bei -196 C zur Detonation gebracht. Die Eisenkomponenten wurden zertrümmert, während die Kupferwxcklungen weitgehend unbeschädigt blieben. Im Vergleich dazu waren nur 6 g Detasheet C erforderlich, um ein vergleichbares Produkt zu erhalten, wenn die Detonation entsprechend dem vorstehenden Beispiel 3 in flüssigem Stickstoff bei -196°C erfolgte.

Beispiel 6

Es wurden Versuche mit 3O cm χ 3O cm x 36 cm großen und 5O kg schweren Blöcken durchgeführt, die aus einem Autowrack-Schrottpaket (ballengepreßter Stahl Nr. 2) herausgeschnitten wurden. Dem Versuch lag die Aufgabe zugrunde, die Eisenkomponenten zu zer-

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stückeln und ihre anschließende Trennung von den Nichteisenkomponenten des Wracks zu ermöglichen, In den mittleren Bereich jedes Blocks war ein Loch eingeschnitten. Der Block wurde mit 30 g Detasheet C beladen und bei Raumtemperatur in Luft zur Detonation gebracht. Dies entspricht einem Gewichtsverhältnis von 1:1667 (kg Explosivstoff/kg Werkstoff). Es wurde eine gewisse plastische Verformung, jedoch keine nennenswerte Zertrümmerung beobachtet.

Das vorstehend beschriebene Experiment wurde wiederholt, mit der . Ausnahme, daß der Explosivstoff zur Detonation gebracht wurde, während das feste Material in flüssigem Stickstoff auf -196°C abgekühlt war. Der Block wurde über sein ganzes Volumen hinweg intensiv zertrümmert. Das größte Bruchstück hatte Faustgröße und stammte aus der einen Ecke des Blocks. Die Blechstücke hatten typische Abmessungen von 5O x, 50 mm. 16 g Kupferdraht konnten aus dem in Stücke geschlagenen Metall leicht entfernt werden. Der maximale Temperaturanstieg innerhalb des Materials, bestimmt aus der Gesamtwärmeenergie des Explosivstoffs, lag unter 10 C. Dies ist wesentlich, da der im Vergleich zu konventionellen, mit Hammermühlen arbeitenden Tieftemperaturzertrümmerungsprozessen niedrige Temperaturanstieg es wirtschaftlich lohnend macht, den Tieftemperaturkälteträger teilweise zurückzugewinnen.

Beispiel 7

Es wurde ,ein Versuch mit einem 42 kg schweben Stahlknüppel durchgeführt. Bei konventioneller Verfahrensweise waren 5 kg Explosiv-

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Stoff bei Raumtemperatur erforderlich, um den Block in zwei Stücke durchzuscheren. 42 g Detasheet C wurden in ein in der Blockachse liegendes Loch von 25 mm Durchmesser eingebracht. Der Explosivstoff wurde zur Detonation gebracht, während das feste Material eine Temperatur von -196 C hatte. Der Knüppel wurde über sein volles Volumen"hinweg intensiv zerstückelt. Die Bruchstücke hatten im Mittel ein Gewicht von ungefähr 2 kg. Das Verhalten des Knüppels dürfte dem Verhalten von großen Werksschrottstücken weitgehend entsprechen, die während der Stahlherstellung anfallen.

Beispiel 8

Es wurden'Experimente durchgeführt, um die Durchführbarkeit eines Tieftemperatur-Explosionsabbruchverfahrens von Stahlbaukonstruktionen zu demonstrieren. 4 g Detasheet C wurden an einem 508 mm langen U-Träger angebracht. Der Mittelschenkel hatte eine Breite von 127 mm. Die beiden Seitenschenkel waren 51 mm breit. Die Dicke des Trägers variierte zwischen 6,4 mm und 13 mm. Ein absorptionsfähiges Papier wurde mit Klebstreifen an dem Träger befestigt, Zwischen dem Papier und dem Träger wurde ein Kunststoffrohr eingesetzt. Flüssiger Stickstoff wurde auf das Papier aufgebracht, bis zu erkennen war, daß Luft im Träger kondensierte (-184⁰C). Dann wurde der Explosivstoff zur Detonation gebracht. Der U-Träger wurde an der betreffenden Stelle über seinen vollen Querschnitt durchgebrochen.

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Beispiel 9

Es wurden Versuche mit 1O2 mm langen Zylindern aus Polyäthylen niedriger Dichte durchgeführt, die einen Durchmesser von 51 mm hatten. In die Mitte der 189 g schweren Zylinder wurde 1 g PETN in der Form von Primacord eingebracht. Bei Durchführung des Versuchs bei Raumtemperatur wurde der Zylinder nicht zerstückelt. Dagegen wurde der Zylinder bei -196°C in flüssigem Stickstoff in Teile zerbrochen, die kleiner als 1O mm waren. Ein Teil des Kunststoffes wurde zu einem feinen Pulver zerkleinert.

Beispiel 1O

Es wurden Versuche mit einem Gummischlauch durchgeführt. Drei parallele, miteinander in Berührung stehende Schlauchstücke wurden bei Raumtemperatur mit einer externen Ladung von 1 g Primacord versehen, die in die gebildete Fuge eingebracht wurde. Bei der Detonation des Explosivstoffs wurde der Gummi nicht beschädigt. Bei Abkühlen des festen Materials auf -196 C vor dem Zünden des Explosivstoffes wurde der Gummi in Teilchen zerstückelt, die kleiner als 1O mm waren. Ein Teil des Gummis wurde zu einem feinen Pulver zerkleinert.

Beispiel 11

Es wurden Versuche durchgeführt, um den Einfluß des Spannungszustandes auf die mechanische Verformung von verschiedenen Proben

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aus niedrxggekohltem Stahl bei der gleichen Temperatur zu zeigen. Die Stahlproben wurden bei -196°C durch einachsige Zugbeanspruchung und einachsige Druckbeanspruchung verformt. Die Ergebnisse sind in Figur 2 dargestellt. Die der einachsigen Zugbeanspruchung ausgesetzte Probe zeigte keine plastische Dehnung und zerbrach spröde in einzelne Stücke. Bei der der einachsigen Druckbeanspruchung ausgesetzten Probe kam es dagegen zu einer starken gleichförmigen plastischen Stauchung. Dies läßt erkennen, daß es wichtig ist, bei der Zerstückelung von Material einachsige Druckbeanspruchungen zu vermeiden.

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Claims

Ansprüche

/ι J Verfahren zum Zertrümmern eines Feststoffes, der bei Tieftemperaturen verglichen mit seinem Raumtemperaturverhalten in erheblichem Maße versprödet,· dadurch gekennzeichnet, daß der zu zertrümmernde Feststoff auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der er in erheblichem MaSe versprödet ist, und daß zum Zerstückeln des Feststoffes ein Explosivstoff in nächster Nähe des abgekühlten Feststoffes zur Detonation gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff auf eine Temperatur zwischen ungefähr -5O C und' -196°C abgekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Explosivstoff in einer solchen Menge verwendet wird, daß er ungefähr 1OO bis 0,3 Joule Energie je Gramm des zu zertrümmernden Feststoffes freisetzt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Explosivstoff mindestens teilweise eine in vorbestimmte Form gebrachte Ladung verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoff Eisenschrott verwendet wird.

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6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoff kupferhaltiger Schrott verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfermetall von dem zertrümmerten Rest getrennt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenbruchstücke von dem restlichen Material magnetisch getrennt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoff der in Stahlwerken anfallende Werksschrott verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälte aus dem zertrümmerten festen Material zurückgewonnen wird.
11. Verfahren zum Abbruch von Stahlbaukonstruktionen, dadurch gekennzeichnet , daß ein vorbestimmter Bereich der zu zertrümmernden Stahlbaukonstruktion auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der der Stahl in erheblichem Maße versprödet ist, und daß zum Zertrümmern des vorbestimmten Bereiches der Stahlbaukonstruktion ein Explosivstoff in nächster Nähe der Stahlbaukonstruktion zur Detonation gebracht wird.

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