DE2635286A1

DE2635286A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von schrott

Info

Publication number: DE2635286A1
Application number: DE19762635286
Authority: DE
Inventors: Nicholas Arthur Townsend
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1975-08-07
Filing date: 1976-08-05
Publication date: 1977-02-17
Also published as: BE844993A; NL7608854A; LU75541A1; GB1530785A; JPS5252482A; IT1069682B; FR2320355A1; SE7608821L; US4056231A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 5 ο August 1976

Unser Zeichen: 15 607 - K/'Ap '

British Steel Corporation, 33 Grosvenor Place, London/England

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Schrott

Die Erfindung befaßt sich mit der Behandlung von Schrott. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung und Abwandlung des in der GB-PS 1 381 726 beschriebenen Verfahrens.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird das Verfahren zur Behandlung von Metall-Schrott in der Weise durchgeführt, daß zunächst der Schrott abgekühlt wird, bis er spröde wird, indem der Schrott mit einem ersten Kühlmittel kontaktiert wird, welches gasförmig ist, wonach der Schrott gebrochen wird, wobei das erste Kühlmittel dadurch gekühlt wird, daß es durch einen Wärmeaustauscher geschickt wird, dem ein zweites Kühlmittel teilweise in flüssiger Phase und teilweise in gasförmiger Phase zugeführt wird, und aus dem das zweite Kühlmittel in der gasförmigen Phase austritt, daß das zweite Kühlmittel dem Wärmeaustauscher teilweise aus einem flüssigen Speicher und teilweise aus einer Kühlanlage zugeführt wird, welch letztere in Verbindung mit einem Verflüssiger benutzt wird, um den Speicher mit dem flüssigen zweiten Kühlmittel zu versorgen. Der Speicher kann dabei mit dem zweiten Kühlmittel nur während der Unterbrechungen des Betriebs beim Kühlen des Schrotts zugeführt werden. Die Zuführung von flüssigem zweiten Kühlmittel aus dem

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Speicher nach dem Wärmeaustauscher wird primär durch Zuführung der Kühlbelastung erreicht, die der Kühlanlage zugeführt wird, welche vorzugsweise kontinuierlich mit konstanter Belastung läuft, und es ist eine weitere Steuerung gemäß irgendwelchen Ungleichmäßigkeiten der Kühlerfordernisse des zu behandelnden Schrotts möglich. Die Kühlerfordernisse können durch Messung der Temperatur des ersten Kühlmittels bestimmt werden, das in den Wärmetauscher eintritt und/oder diesen verläßt.

Das gasförmige zweite Kühlmittel wird der Kühlanlage zugeführt, nachdem es aus dem Wärmetauscher austritt. Während jener Perioden, in denen das Kühlmittel des Schrotts unterbrochen wird, zieht die Kühlanlage vorzugsweise warmes Gas (z.B. Luft, Stickstoff oder Naturgas) aus einer äußeren Quelle ab und in Verbindung mit der Verflüssigkungsanlage wird der Plussigkeitsspeicher ergänzt, um für die nächste Schrottabkühlung bereit zu sein.

Der Schrott kann in rechteckigen Bündeln gepreßt werden, bevor er von dem ersten Kühlmittel berührt wird. Nachdem das Bündel abgekühlt ist, kann es dadurch gebrochen werden, indem Kräfte auf das Bündel an Stellen aufgebracht werden, die auf gegenüberliegenden Seiten im Abstand über die Länge des Bündels verteilt sind. Die Stellen auf einer Seite sind dabei gegenüber den Kraftangriffsstellen auf der anderen Seite versetzt. Es können auch andere Vorrichtungen benutzt werden, um hohe Schlagbelastungen auf das Schrottbündel auszuüben, z.B. durch Hammermühlen.

Der Schrott kann kontinuierlich in Bündeln durch eine Kammer hindurchgeführt werden, die kontinuierlich mit dem ersten Kühlmittel gespeist wird, und das erste Kühlmittel, welches aus der Kammer austritt, wird dem Wärmeaustauscher zurückgeführt, um wieder gekühlt zu werden. Vorzugsweise wird der Schrott durch die Kammer in einer ersten Richtung hindurchgeführt, und das erste Kühlmittel strömt durch diese Kammer in der Gegenrichtung.

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Der Schrott kann auf einem Förderband zugeführt werden, welches für die Gasbewegung durchlässig ist. Die Kammer ist mit Prallplatten versehen, um das erste Kühlmittel durch das Förderband von dessen Oberseite nach der Unterseite und zurück zu richten.

Das erste Kühlmittel kann Stickstoff oder stattdessen auch Luft sein. Das zweite Kühlmittel kann Stickstoff oder Luft sein, oder stattdessen kann es ein Methan enthaltendes Strömungsmittel, z.B. Naturgas sein, oder irgend ein anderes geeignetes Kühlmittel.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Ih der Zeichnung zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild des Schrottbehandlungsverfahrens nach der Erfindung;

Figur 2 eine Schnittansicht eines Teiles der Anlage nach Figur Ij

3 und 4 schematische Darstellungen weiterer Einzelheiten der Vorrichtung, die in Verbindung mit der Vorrichtung nach Figur 2 benutzbar sind.

Die Anlage gemäß Figur 1 umfaßt zwei Schleifen, nämlich eine Primärschleife 2 und eine Sekundärschleife 4. Beide Schleifen durchlaufen einen Wärmeaustauscher 10, wo das Stickstoffgas in der Sekundärschleife 4 gekühlt wird.

Das Strömungsmittel in der Primärschleife 2 wird ebenfalls von Stickstoff gebildet. Das Stickstoffgas, das den Wärmetauscher 10 verläßt, wird in der Kühlanlage 8 abgekühlt. Das abgekühlte Gas wird dann entweder direkt dem Wärmetauscher 10 zusammen mit der Flüssigkeit zugeführt, die von einem Kühlspeiehertank 6 abgezapft wird, oder stattdessen wird das gekühlte Gas durch eine

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Verflüssigungsvorrichtung 11 dem Kühlmittelspeichertank 6 zugeführt. Ein Ventil 19 in der Primärschleife 2 und ein Ventil 23 in der nach der Verflüssigungsvorrichtung 11 führende Leitung können betätigt werden um zu bestimmen, ob das gekühlte Gas dem Speichertank 6 oder direkt dem Wärmetauscher 10 zugeführt wird, oder ob das gekühlte Gas sowohl die Verflüssigungsvorrichtung 11 als auch den Wärmetauscher 10 durchströmt. Das flüssige Kältemittel, welches in den Wärmetauscher 10 aus dem Speicher eintritt, wird im Wärmetauscher verdampft und zusammen mit dem die Kühlanlage 8 verlassenden Gas wird es überhitzt, wodurch der gasförmige Stickstoff in der Sekundärschleife 4 abgekühlt wird, die ebenfalls durch den Wärmetauscher 10 führt.

In der Sekundärschleife 4 wird gasförmiger Stickstoff, der im Wärmetauscher 10 abgekühlt wurde, kontinuierlich einem Tunnel 14 zugeführt, um den Schrott durch direkte Berührung zu kühlen, wie im einzelnen aus Figur 2 ersichtlich ist. Der den Tunnel 14 verlassende Stickstoff wird durch ein Gebläse 16 abgezogen.

Der aus dem Tunnel 14 austretende Schrott wird in einer Brechanlage 20 (Figur 4) zerkleinert und der zerkleinerte Schrott wird einer Magnettrennung unterworfen, um nicht-ferromagnetische Teile abzuscheiden. Nach Erwärmung auf Umgebungstemperatur kann der ferromagnetische Schrott in ein Stahlherstellungsgefäß eingefüllt werden.

Gemäß einer Betriebsart strömt sämtliches Gas, welches die Kühlanlage 8 verläßt, direkt nach dem Wärmetauscher 10, aber jeweils in Perioden, in denen der Schrott-Kühltunnel 14 nicht in Betrieb ist, und das gekühlte Gas strömt nach der Hilfsverflüssigungseinrichtung 11, in der das gesamte Gas verflüssigt und dann einem Speiehertank 6 zugeführt wird, wobei die Kühlanlage 8 ständig in Betrieb ist. Der zusätzliche Stickstoff, der von der Kühlanlage 8 benötigt wird wenn das Ventil 19 geschlossen ist,

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wird über ein Ventil 22 von einer äußeren Quelle zugeführt. Das flüssige Kältemittel vom Speichertank 6 wird dann benutzt, wenn der Tunnel 14 in Betrieb befindlich ist, um zusätzlich das gekühlte Gas zuzuführen, das direkt aus der Kühlanlage 8 herrührt.

Gemäß einer anderen Betriebsweise strömt ein Teil des die Kühlanlage 8 verlassenden Gases direkt nach dem Wärmetauscher IO und der andere Teil strömt nach der Verflüssigungsvorrichtung 11. Der Anteil des gekühlten Gases, der nach der Verflüssigungsvorrichtung 11 geführt wird, wird durch die Ventile 19 und 23 gesteuert.

Die Menge der Flüssigkeit, die vom Speichertank 6 abgezogen wird, um den Kühleffekt des Kühlgases zu ergänzen, wird durch das Erfordernis bestimmt, die Kühlanlage 8 kontinuierlich unter konstanter Last laufen zu lassen. Bei einem regulären Produktionszyklus zur Schrottabkühlung wäre der normale Arbeitsverlauf wie folgt:

Während des geplanten täglichen Abschalt ens des Kühl tunnels 14-nehmen Kühlanlage 8 plus Hilfsverflüssigungsanlage 11 aus einer äußeren Quelle gasförmiges Kühlmittel, z.B. Stickstoff unter etwa atmosphärischen Temperaturen auf, und wandeln dieses Gas in seine flüssige Phase um, indem die Ventile 22 und 23 geöffnet und die Ventile 19 und 21 geschlossen werden. Am folgenden Tag während der Schrottabkühlphase des Produktionszyklus wird die Quelle des "warmen" Gases von der Primärschleife durch Schließen des Ventils 22 abgesperrt. Der flüssige Stickstoff wird von dem Speichertank 6 bei offenem Ventil 15 abgezogen, um den gekühlten Stickstoff zu ergänzen, der kontinuierlich in der Primärschleife 2 umläuft. Im Sinne einer Kontinuität der Massenströmung in der Primärschleife 2 muß der Anteil von Flüssigkeit, der vom Speichertank 6 abgezogen und dann im Wärmetauscher verdampft wird, aus

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der Primärschleife 2 wieder entfernt werden, beispielsweise durch Rückführung nach der Quelle oder durch Ausströmen nach der Atmosphäre, und dies wird durch öffnen des Ventils 21 bewerkstelligt.

Bei diesem Arbeitszyklus läuft die Kühlanlage 8 kontinuierlich mit konstanter und maximaler Last,auf diese Weise wird die Nennkapazität der Kühlanlage 8 am besten ausgenutzt und demgemäß werden die Kosten so gering als möglich gehalten.

Zusätzlich zu den obigen Vorteilen ist es bekannt, daß eine ständig laufende Kühlanlage betriebssicherer arbeitet als eine intermittierend laufende Kühlanlage.

Durch Anordnung eines Bereitschaftsflüssigkeitsspeichertanks 6 wird auch der Vorteil erreicht, daß man in der Lage ist, schnell und einfach auf Änderungen der Schrottkühlbelastung zu reagieren. Dies geschieht durch Peststellung der Temperatur des Gases in der Sekundärschleife mittels eines Sensors J, entweder vor und/oder hinter dem Wärmetauscher und aus diesem Signal, das die Zuführungsrate einstellt, wird Flüssigkeit aus dem Speicher durch Steuerung des Ventils 15 abgezogen· Diese Fähigkeit schnell die Kühlrate zu erhöhen, ermöglicht einen schnellen Anlauf der Sekundärschleife aus der "Warm"-Bedingung nach einer langen Abschal tperiode ·

Figur 2 zeigt den Schrott-Kühltunnel 14 im Querschnitt. Die Schrottbündel 24 werden durch ein Förderband 26 nach einem geneigten Rollentisch 28 angeliefert, der durch den Einlaß 30 des Tunnels 14 hindurchführt. Der Einlaß 30 ist mit Kettenschirmen 32 versehen, um eine Luftabsperrung zu bilden. Der Rollentisch 28 liefert die Bündel durch den Tunnel nach einem geneigt verlaufenden Rollentisch J>6, der eine Auslaßluftabsperrung 38 durchläuft, die ebenfalls mit Kettenschirmen 40 versehen ist.

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Am Bündelauslaßende des Tunnels befindet sich ein Einlaß 42 für gekühltes Stickstoffgas und am Bündeleintritt befindet sich ein Auslaß 44 für den Stickstoff, und dieser Auslaß ist mit einem Gebläse 16 ausgerüstet. Der Tunnel 14 ist mit Prallplatten 46 versehen, die über und unter der Fördereinrichtung 34 liegen, wobei die oberen Prallplatten gegenüber den unteren Prallplatten 46 versetzt angeordnet sind. Der Schrott kann daher kontinuierlich durch den Tunnel in einem Sinn hindurchgeführt werden, und der gekühlte Stickstoff kann in Gegenrichtung durch den Tunnel strömen. Die Prallplatten 46 richten das Kühlgas durch die Fördervorrichtung 34 von einer Seite nach der anderen und wieder zurück, wodurch der Wärmeaustausch zwischen dem Schrott und dem Stickstoff verbessert wird. Wenn die Bündel 24 den Tunnel 14 durchlaufen, werden sie kontinuierlich und schnell gekühlt.

Figur 3 zeigt eine Presse 84 zum leichten Zusammenpressen losen Schrotts, um diesen zu kompakten Bündeln 24 zu verbinden, bevor der Schrott von dem gekühlten Stickstoff berührt wird. Die Presse 84 weist zwei Preßkörper 86 und 88 auf, die durch Hydraulikantriebe 90 betätigt werden. Der Bauteil 86 quetscht das Stück auf die erforderliche Breite. Die Bündel 24 bmuchen nicht eine Dichte aufzuweisen, die so groß ist wie die Dichte der Schrottpakete, die einem herkömmlichen Verdichtungsverfahren ausgesetzt worden sind, aber bei gewissen Materialien, z.B. bei Zinnbüchsen sollte die Dichte so groß als möglich gewählt werden.

Figur 4 zeigt eine Brecheinrichtung 20, die in ihrer Konstruktion einem Schmiedehammer ähnelt, mit der Ausnahme daß sägezahnförmige Platten 92 und 94 vorgesehen sind. Die Platten 92 und 94 besitzen Vorsprünge 96, die in Berührung mit dem gekühlten Bündel 24 an Stellen gelangen, die im Abstand über die Länge des Bündels verteilt sind. Die Vorsprünge 96 auf der einen Platte sind gegen-

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über den VorSprüngen auf der anderen Platte versetzt. Die Vorsprünge 96 bewirken das Auftreten hoher lokalisierter Biegemomente und Scherbeanspruchungen des Schrotts, und so schreitet der Bruch an bevorzugten Stellen fort, die durch strichpunktierte Linien 98 angedeutet sind. Die Bündel 2k, die den Kühltunnel 14 verlassen, werden intermittierend durch die Brecheinrichtung 20 geschickt. Es bestehen praktische Erwägungen, die die minimale Steigung der VorSprünge 96 begrenzen und demgemäß auch die Partikelgröße bestimmen, die von der Brecheinrichtung 20 erlangt werden kann. Es ist daher ein weiteres Brechen erforderlich, um eine kleinere Partikelgröße zu erlangen. Im Falle von reinem Kohlenstoffstahl ist es möglich, eine herkömmliche Prallmaschine, z.B. eine Hammermühle zu benutzen, wie diese zum Brechen von Mineralien üblich ist. Diese Hammermühle kann wirksam werden, unmittelbar nachdem die Primärbrecheinrichtung 20 tätig geworden ist.

Niedrig legierte Stähle, die gegenüber einem Schlag widerstandsfähiger sind als Kohlenstoffstähle, werden am besten zunächst einer thermischen Schockwirkung ausgesetzt, so daß die Oberfläche Risse und Sprünge erhält. Der Schrott ist gegenüber einem thermischen Schock besonders empfindlich, weil er spröde und eine schlechte Leitfähigkeit bei niedrigen Temperaturen besitzt. Die Risse und Sprünge verursachen Spannungserhöhungen in dem Schrott, die den Bruch in der Sekundärbrechvorrichtung begünstigen.

Reiner Kohlenstoffstahl ist bei Temperaturen über etwa Null Grad C dehnbar und unter minus 30⁰C sehr spröde. Dazwischen liegt ein schmaler Übergangsbereich. Niedrig legierte Stähle besitzen einen größeren Übergangsbereich und brauchen im allgemeinen nicht auf niedrigere Temperaturen abgekühlt zu werden, als reine Kohlenstoffstähle, um sie brüchig bzw. spröde zu machen. Man nimmt an, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

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das zu brechende Metall vorzugsweise so weit abgekühlt wird, daß es in den spröden Bereich gelangt, jedoch kann das Verfahren auch mit gewissen Metallen bei einer Temperatur im Übergangsbereich durchgeführt werden.

Patentansprüche ;

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Behandlung von Metallschrott, bei dem der Schrott abgekühlt wird, bis er spröde wird, indem er mit einem ersten gasförmigen Kühlmittel in Berührung gebracht wird und dieser abgekühlte Schrott dann gebrochen wird, wobei das erste Kühlmittel dadurch abgekühlt wird, daß es durch einen Wärmetauscher geschickt wird, dem ein zweites Kühlmittel zugeführt wird, welches teilweise in der flüssigen Phase befindlich ist und teilweise in der gasförmigen Phase, und aus dem das zweite Kühlmittel in der gasförmigen Phase austritt,

dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kühlmittel dem Wärmetauscher (10) teilweise aus einem Flüssigkeitsspeicher (6) und teilweise direkt von einer Kühlanlage (8) zugeführt wird, die in Verbindung mit einem Verflüssiger (11) benutzt wird, um den Speicher (6) mit flüssigem Sekundär-Kühlmittel zu versorgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (6) mit flüssigem Sekundär-Kühlmittel nur während der Unterbrechungen des Kühlverfahrens für den Schrott zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanlage (8) kontinuierlich mit konstanter Belastung betrieben wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des zweiten flüssigen Kühlmittels aus dem Speicher (6) nach dem Wärmetauscher (10) weiter gemäß irgendwelchen Ungleichmäßigkeiten der Kühlforderungen des zu behandelnden Schrotts gesteuert wird,

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlerfordernisse durch Messung der Temperatur (7) des ersten Kühlmittels bestimmt wird, das in den Wärmetauscher eintritt und/oder den Wärmetauscher verläßt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Sekundärkühlmittel der Kühlanlage (8) zugeführt wird, nachdem es aus dem Wärmetauscher (10) austritt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß während jener Perioden in denen die Kühlung des Schrotts (14) unterbrochen wird, die Kühlanlage (8) "warmes" Gas (d.h. Luft, Stickstoff oder Naturgas) aus einer äußeren Quelle abzieht (22), und in Verbindung mit der Verflüssigungsanlage (11) den Flüssigkeitsspeicher (6) ergänzt, in Bereitschaft für den nächsten Schrottkühlzyklus.

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8· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß der Sehrott in rechteckige Pakete (24) verpreßt wird, bevor er durch das erste Kühlmittel berührt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Kühlung des Paketes (24) dieses gebrochen wird durch auf das Bündel an Stellen (96) einwirkende Kräfte, wobei diese Stellen auf gegenüberliegenden Seiten des Bündels im Abstand über die Länge verteilt sind, und die Angriffsstellen auf der einen Seite gegenüber den Angriffsstellen auf der anderen Seite versetzt sind.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nachdem das Paket (24) abgekühlt wird, ein Brechen durch Anwendung hoher Schlagbelastungen erfolgt.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrott kontinuierlich in Paketen (24) durch eine Kammer (14) geführt wird, die kontinuierlich mit dem ersten Kühlmittel gespeist wird, wobei das erste Kühlmittel, welches aus der Kammer austritt, in den Wärmetauscher (10) zurückgeführt wird, um einer erneuten Kühlung unterworfen zu werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schrott durch die Kammer (14) in einer

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ersten Richtung hindurchgeführt wird, und daß das erste Kühlmittel durch die Kammer in der Gegenrichtung strömt.

13· Verfahren nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrott (24) auf einem Förderband (34) getragen ist, das für die Gasbewegung durchlässig ist, und daß die Kammer (14) mit Prallplatten (46) versehen ist, die das erste Kühlmittel durch die Fördervorrichtung von der oberen Seite nach der unteren Seite und umgekehrt richten.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13* dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kühlmittel Stickstoff ist.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis I3» dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kühlmittel Stickstoff ist.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13* dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kühlmittel ein Menthan enthaltendes Strömungsmittel, z.B. Erdgas ist.

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