DE2804057A1

DE2804057A1 - Einschmelzverfahren

Info

Publication number: DE2804057A1
Application number: DE19782804057
Authority: DE
Inventors: John Ernest Kuhn
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1977-01-31
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1978-08-03
Also published as: FR2378866A1; AU3180977A; DE2804057C2; JPS5628974B2; JPS5395803A; AU512286B2; US4060408A; FR2378866B1; GB1595564A

Description

280405?

A 1677

hf, nt

Aluminum Company of America, Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A.

Einschmelzverfahren

Die vorliegende Erfindung betrifft das Schmelzen von Schrott und insbesondere von Aluminiumschrott und weiterhin die Beseitigung der Verunreinigungen, die beim Schmelzen von mit Öl, Petten und anderen brennbaren Kohlenwasserstoffen verschmutztem Schrott abgegeben werden.

Eine übliche Aluminiumquelle für das Wiedereinschmelzen ist der Industrieschrott, d.h. Bohr- und Drehspäne aus Werkstätten, Aluminiumdosen, ölige Aluminiumbriketts sowie nach dem Stanzen von Aluminiumblechen verbleibende Rückstände. Der Schrott wird oft gesammelt und zu Aluminiumbriketts von beispielsweise 30 χ 30 χ 30 cm Volumen brikettiert und ist üblicherweise mit öl, !Fett und anderen Schmiermitteln, oder Lacken, Farben und anderen Metallbeschichtungen verschmutzt, die sich bei den Schmelztemperaturen zersetzen oder verdampfen.

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Ein wesentliches Problem beim Einschmelzen solchen Schrotts ist die Eliminierung bzw· wirkungsvolle Beseitigung der Kohlenwasserstoff dämpfe, die der Schrott im Schmelzofen abgibt. Es ist dabei üblich, diesen Schrott zu schmelzen, indem man ihn in eine Aluminiumschmelze einspeist. Schrottaluminiumbriketts sind weniger dicht als die Aluminiumschmelze, so daß die Briketts auf der Oberfläche der Schmelze schwimmen. Ist dann die Ofentemperatur zu hoch, oxidiert das der Wärme und der Luft ausgesetzte Aluminium mit erhöhter Geschwindigkeit, so daß sehr hohe Schmelzverluste auftreten - vergl. die US-PS 3 770 420.

Es ist beispielsweise aus der US-PS 3 869 112 bekannt, einen Einschmolzofen mit zwei Abschnitten, einem Beschickungsschacht und einer Schmelzkammer so zu konstruieren, daß die Schmelze am Ofenboden zwischen ihnen umlaufen kann. Der Beschickungsschacht ist von den Brennern isoliert, die der Schmelzkammer den Heißwind zuführen, so daß die Oxidation und die resultierenden Schmelzverluste sich reduzieren. Die Temperatur im Beschickungsschacht ist jedoch nicht hoch genug, um die vom Schrott im Beschickungsschacht emittierten Kohlenwasserstoffdämpfe zu verbrennen. Es ist eine Vorrichtung mit einer Sammelhaube, einem Leitungskanal und einem Gebläse vorgesehen, um die emittierten Dämpfe aus dem Beschickungsschacht zu den Brennern in der Schmelzkammer zu führen, wo sie verbrannt werden.

Bisher hat man Offenherdöfen und andere Einschmelzöfen so aufgebaut, daß sie unter Überdruck arbeiteten, damit keine Luft in

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den Ofen eindringen kann. Man hielt die Luft für den Schmelzvorgang schädlich, und zwar aus zwei Gründen. Zunächst wirkt die Umluft im Ofen kühlend. Dann verursacht die Luft eine übermäßige Oxidation des Schrotts und dadurch auch Schmelzverluste· Selbst nach der Einführung der Mehrkammeröfen hat man beide Kammern unter Überdruck betrieben, um keine Luft eindringen zu lassen. Dieser Überdruck erfordert zusätzliche Hilfsanlagen, um die Kohlenwasserstoffdämpfe aus der Beschickungskammer in eine Wärmekammer zu führen, wie in der US-PSn 3 839 016 und 3 869 112 offenbart. Diese komplizierten An^Lgen mit Gebläsen, Leitungen und den zugehörigen Instrumenten und Reglern erfordern nicht nur erhebliche Anfangsinvestitionen, sondern auch einen erheblichen Aufwand für die Wartung und die Betriebskosten, die man, wenn man sie nicht vermeiden kann, so doch reduzieren will.

Es besteht also Bedarf an einem wirtschaftlichen Verfahren und einer dafür geeigneten Vorrichtung, um die Kohlenwasserstoffdämpfe, die der verschmutzte Schrott in einem Einschaelzofen emittiert, beseitigt und die in diesen enthaltenen Brennstoffwerte nutzt, während sie die Nachteile hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit der Anlagen nach dem Stand der Technik vermeidet.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Beseitigung der beim Einschmelzen verschmutzten Schrotts emittierten Schmutzsubstanzen, indem man den Schrott in die Beschickungskammer eines Doppelkammerofens einbringt, die ein Verbindunge-

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element aufweist, das für Gase in Strömungsverbindung mit einer direkt beheizten Heizkammer über der Oberfläche der Schmelze steht, die zwischen den Kammern umläuft, daß man in der Heizkammer gegenüber der Beschickungskammer einen Unterdruck aufrechterhält, so daß die aus dem in die Beschickungskammer eingebrachten Schrott freigesetzten Kohlenwasserstoffdämpfe durch das Verbindungselement in die Heizkammer gezogen werden, und die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in den Dämpfen in der Heizkammer abschließt.

Die Erfindung läßt sich zusammenfassend darstellen als ein Verfahren zum Verbrennen der Kohlenwasserstoffdämpfe, die verschmutzter Metallschrott in einem Einschmelzofen mit einer Schmelze abgibt· Der Ofen weist eine Beschickungs- und eine Heizkammer auf, die von einer Wand getrennt sind. Die Wand ist mit mindestens einer unteren und mindestens einer beeren Öffnung versehen, durch die hindurch die Kammern über und unter dem Spiegel der Schmelze in Verbindung stehen, die aus der Beschickungs- in die Heizkammer und aus dieser wieder in die Beschickungskammer umläuft. Nach diesem Verfahren speist man den Schrott in die Schmelze ein, die durch die Beschickungskammer strömt, hält in der Heizkammer gegenüber der Beschickungskammer einen Unterdruck aufrecht, so daß die Dämpfe aus dem öl und anderen Oberflächenverunreinigungen, die sich aus dem eingespeisten Schrott entwickeln, durch die obere Öffnung in der Trennwand in die Heizkammer gezogen werden. Die Verbrennung der Kohlenwasserstoffdämpfe erfolgt in der Heizkammer, so daß dort

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Wärme frei und an die sich "bewegende Schmelze abgegeben wird.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Verringerung der Umweltverschmutzung, das gleichzeitig die Schmelzverluste verringert, die normalerweise bei Einschmelzprozessen auftritt.

Unter den Vorteilen der vorliegenden Erfindung ist der, daß ein Verfahren zur Übertragung der von verschmutztem Metallschrott abgegebenen Dämpfe aus einer Beschickungs- in eine Heizkammer entsteht, ohne daß zusätzliche Anlagenteile zur Gasübertragung oder Kontrolle der Luftverschmutzung erforderIieh wären.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß ein System entsteht, das einen Unterdruck in einer Heizkammer bezüglich der nebenliegenden Beschickungskammer eines Doppelkammerofens aufrechterhält, der ausreichend hoch ist, um die abgegebenen Kohlenwasserstoffdämpfe aus der Beschickungs- in die Heizkammer zu ziehen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Nutzung der emittierten Kohlenwasserstoffe als zusätzliche Wärmequelle in der Heizkammer eines Doppelkammerofens.

Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen nun anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

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Fig. 1 ist ein Vertikallängsschnitt durch einen Doppelkammer-Einschmelzofen nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt des Ofens der Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnung zeigen ein Doppelkammer-Einschmelzsystem in Form eines Umlaufsystems. Das System weist eine Beschickungskammer 2 sowie eine Heizkammer 4- auf, die von einer Trennwand 6 voneinander getrennt sind. Die Trennwand 6 ist mit mindestens einem unteren Durchlaß 8 versehen, durch den hindurch die Kammern 2 und 4 im Unterteil des Ofens unter dem Spiegel 9 der Schmelze 10 miteinander in Verbindung stehen. Die Trennwand 6 ist weiterhin mit mindestens einer oberen Öffnung 12 versehen, durch die die Kammern 2, 4- über dem Spiegel der Schmelze 10 miteinander ebenfalls in Verbindung stehen. Ein Abluftschacht 14- verläuft von der Stirnwand 16 der Heizkammer 4- ab. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist das Einschmelzsystem weiterhin eine Umlaufleitung 18 auf, in der sich eine Pumpe 20 befindet, so daß die Schmelze 10 aus der Heizkammer 4 in die Beschickungskammer 2 und von dort wieder in die Heizkammer 4- strömen kann. Die Pumpe 20 befindet sich vorzugsweise nahe dem Auslaßende der Umlaufleitung 18, so daß gewährleistet ist, daß die die Umlaufleitung verlassende Schmelze ausreichend kräftig und schnell strömt, daß sie im wesentlichen die gesamte Breite der Beschickungskammer 2 überstreicht. Die bevorzugte Richtung der Schmelzenströmung ist in Fig. 2 mit den Pfeilen angegeben.

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Die Beschickungskammer 2 ist mit einer Beschickungsöffnung 22 versehen, durch die verschmutzter Schrott in die Schmelze im Ofen eingespeist wird. Die Beschickungsöffnung 22 sollte groß genug sein, um den Beschickungsvorgang nicht zu verzögern. Eine Tür 25 kann nahe der Beschickungsöffnung 22 vorgesehen sein; es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein Maschendrahtschirm 24 auch allein oder zusammen mit der Tür 25 verwendet werden kann. Einen solchen Schirm kann man zum Beschicken leichter abheben als eine Tür 25- Indem man den Schirm über die Beschickungsöffnung 22 legt, können nur geringe Luftmengen durch den Schirm in die Beschickungskammer 2 eindringen, während gleichermaßen nur kleine Mengen der Kohlenwasserstoffdämpfe aus der Beschickungskammer 2 in den Arbeitsbereich entweichen können, um dort Umwelt- oder Atemprobleme hervorzurufen. Es hat sich herausgestellt, daß ein 6,35 mm (1/4 in.) dicker Schirm aus Draht von 1,6 mm (0,063 in.) und mit einem Flächengewicht von 17,08 - 21,96 kg/m² (3,5 - 4,5 lb./sq.ft.) für diese Anwendung ausreicht. Indem man eine Tür 25 auf die Beschickungsöffnung 22 aufsetzt, läßt sich ein noch dichterer Luftabschluß zwischen der Beschickungskammer 2 und der Umluft außerhalb der Beschickungsöffnung 22 erreichen.

Der Ofenboden 26 der Beschickungskammer 2 ist vorzugsweise zur Trennwand 6 hin abfallend ausgeführt, um eine Oberfläche überhalb des Schmelzspiegels (auch als 'Schaffplatte¹ bezeichnet) anzulegen, auf der der an der Oberfläche schwimmende Schaum bzw. Schlacke abgelagert werden kann. Indem man den Schaum bzw.

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die Schlacke auf die geneigte fläche 26 über dem Schmelzenspiegel ablagert, sinken etwaige Metalleinschlüsse nach unten ab und werden von der Schmelze aufgefangen. Nachdem die abgelagerte Schlacke bzw. der Schaum ausreichend lange hat ablagern können, zieht man sie bzw. ihn aus der Beschickungskammer 2 mit einem Gabelstapler oder dergleichen ab, der mit einem Paddel oder einem anderen Ziehwerkzeug versehen ist. Die geneigte fläche 26 am Boden der Beschickungskammer 2 verhindert auch, daß sich große Schrottmengen nahe der Öffnung 22 ansammeln, und unterstützt die Überführung des in die Beschickungskammer eingeführten Schrotts in den umlaufenden Schmelzenstrom.

In die Kammermitte gerichtete Brenneröffnungen 28 sind im oberen Teil der Beschickungskammer 2 vorgesehen. Diese Brenneröffnungen 28 lassen sich mit Schmetterlingsventilen oder dergleichen einstellen, um die Verbrennungsluftmenge, die in die BeschickungskanuBer 2 eintritt, nach Wahl einstellen zu können. Im Abluftschacht 14- können Sauerstoffinstrumentβ angeordnet sein, um im Sinne einer geschlossenen Regelschleife die Menge der Verbrennungsluft zu regeln, die erforderlich ist, um die Kohlenwasserstoffdämpfe unter unterschiedlichen Betriebsbe- ; dingungen zu verbrennen. Ströme der Verbrennungsluft, die in die Beschiokungskamaer 2 durch die Öffnungen 28 eintreten, können den Übergang einiger der Kohlenwasserstoffdämpfe in die Heiskamiier 4 unterstützen; es ist im wesentlichen jedoch das Druckgefälle, das die hauptsächliche Antriebskraft bei dem Übergang der Dämpfe in die Heizkammer H- darstellt.

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Die die Heizkammer 4- von der Beschickungskammer 2 trennende Wand 6 ist aus geeignetem feuerfestem Werkstoff gefertigt und in der Lage, den Verbrennungstemperaturen sowie den Temperaturen der umlaufenden Schmelze von etwa 732 - 844- ⁰O (1350 bis 155O⁰F) zu widerstehen. Wie bereits erwähnt, stehen die Kammern 2 und 4-unter und über dem Schmelzenspiegel 10 miteinander in Verbindung. Vorzugsweise befindet sich die obere Öffnung 12 so nahe wie möglich am Ofendach 32, während die untere Öffnung 8 so nahe wie möglich am Ofenboden 26 liegt. Die Öffnungen 8, 12 können einteilige Durchlässe sein und über die gesamte Breite des Ofens verlaufen oder können aus einer Vielzahl von Durchlässen bestehen. Auf jeden Fall müssen die Öffnungen 8 und 12 so groß sein, daß die Metallunterströmung und die Gasüberströmung aus der Beschickungskammer 2 in die Heizkammer 4- unbehindert verlaufen, während sie klein genug sind, daß der Druckunterschied zwischen den beiden Kammern 2, 4- aufrechterhalten bleibt. Dabei sollte die untere öffnung 8 so groß bemessen sein, daß sich eine Unterströmungsgeschwindigkeit von etwa 3,1 bis etwa 6,2 m/min (10 bis 20 ft./min.) durch die untere öffnung beibehalten läßt. Die obere öffnung 12 sollte eine Durchlaßfläche haben, die größer als die kleinste Fläche in irgendeinem Querschnitt des Abgasschachts 14- ist. Die Trennwand 6 muß den Spiegel der Schmelze 10 durchstoßen, damit ungeschmolzener schwimmender Schrott nicht in die Heizkammer 4· treiben kann, wo er zu stark oxidieren würde, und um weiterhin zu gewährleisten, daß die heißen Verbrennungsprodukte in der Heizkammer 4-nicht unter der Trennwand 6 hindurch in die Beschickungskammer 2

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gelangen können.

Die Heizkammer 4 kann eine größere !Fläche als die Beschickungskammer 2 in der Ebene des Schmelzspiegels 9 haben; vorzugsweise ist die Fläche der Heizkammer 4 etwa doppelt so groß wie die der Beschickungskammer. Eine Beiheizungseinrichtung wie in die Kammermitte gerichtete Brenner 30 sind in der Heizkammer 4 vorgesehen und verlaufen durch den oberen Kammerteil. Weiterhin können Dachbrenner oder dergleichen eingesetzt werden, um die erforderliche Wärme der Heizkammer 4 zuzuführen. Mit den Brennern 50 liefert ein Brennstoff wie beispielsweise Öl oder Erdgas die erforderliche Wärme, um eine Schmelztemperatur T^ vorzugsweise 760 - 788 ⁰G (1400 - 1450 ⁰P) in der direkt beheizten Heizkammer 4 zu erzeugen. Diese Temperatur der Schmelze in der Heizkammer 4 sowie ein ilüssig/Pest-Verhältnis im Umlauf von etwa 20 : 1 kg (20 : 1 lbs.) gewährleisten, daß in der Beschickungskammer 2 eine ausreichende Schmelzgeschwindigkeit herrscht, während die Schmelze 10 durch sie hindurchläuft. Die umlaufende Schmelze 10 kann vom Verlassen der Heizkammer 4 durch die Umlaufleitung 18 bis zum Wiedereintritt in die Heizkammer aus der Beschickungskammer 2 durch die öffnung 8 in der Trennwand 6 etwa 28 - 56 °0 (50 bis 100 ⁰I) verlieren. Die Schmelzentemperatur To in der Beschickungskammer 2 liegt vorzugsweise zwischen etwa 704 und 760 ⁰O (1300 und 1400 °0).

An einer gewünschten Stelle im System kann man eine Überlauföffnung 42 vorsehen, an der Schmelze im wesentlichen kontinuier-

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lieh dem System entnommen werden kann. Alternativ kann man ein übliches Abstichloch vorsehen, um das Metall aus dem System zu entfernen. Die jeweils dem System entnommene Metallmenge sollte der Schrottmenge entsprechen, die dem System zugeführt wird, um das System im wesentlichen im Gleichgewicht zu halten.

In einer Seitenwandung 34 oder 36 des Ofens kann eine Tür 44 angebracht sein, durch die hindurch die Heizkammer 4 zum Reinigen, Warten und dergleichen zugänglich ist.

Der Abgasschacht 14 des Ofens verläuft von einer Wandung der Heizkammer 4 an einer Stelle über dem maximalen Spiegel der Schmelze 10 ab. Der Schacht *\i\. kann vom Dach 32 oder den Seitenwänden 34, 36 des Ofens abgehen; vorzugsweise aber befindet er sich in der Stirnwand 16. Bei dieser bevorzugten Anordnung liegt der Schacht 14 so weit wie möglich entfernt von der oberen öffnung 12 in der Trennwand 6, so daß die durch diese hindurchtretenden Kohlenwasserstoffdämpfe in der Kammer 4 ausreichend lange verweilen, um vollständig zu verbrennen. Weiterhin sollte der Eintritt des Schachts 14 vorzugsweise nahe der maximalen Spiegelhöhe 9 der Schmelze 10 liegen, damit eine Unterdruckzone entsteht, die bezüglich der Beschickungskammer 2 ao tief wie möglich in der Heizkammer 4 liegt. Indem man eine solche Unterdruckzone erzeugt, werden die in die Heizkammer 4 durch die obere öffnung 12 in der Wandung 6 eintretenden Kohlenwasserstoffdämpfe in die unteren Bereiche unmittelbar über der Schmelzoberfläche 9 gezogen, wo die Kohlenwasserstoffe voll-

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ständig verbrennen.

Der Abgasschacht 14- kann so hoch und groß ausgeführt sein, daß der Saugzug im Ofen durch den natürlichen Luftzug aufrechterhalten bleibt. Alternativ kann man ein Saugzuggebläse 38 u.U. gemeinsam mit einer entsprechenden Regelinstrumentierung einsetzen, um das Saugzug-Druckgefälle in der Heizkammer 4- bezüglich der Beschickungskammer 2 genauer einzustellen.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die Heizkammer 4- unter niedrigerem Druck als die Beschickungskammer 2 betrieben. Der negative Druckunterschied zwischen den Kammern braucht nur gering zu sein - größenordnungsmäßig von -0,25 bis -1,27 mm WS (-0,01 bis -0,05 in· WS), vorzugsweise -0,25 bis -0,5 mm WS (-0,01 bis -0,02 in. WS), um wirkungsvoll die Kohlenwasserstoff dämpfe durch die obere öffnung 12 in der [Trennwand 6 in die Heizkammer H- hineinzuziehen, ohne dabei den Ofenbetrieb zu b «einträchtigen.

In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steht nur die Heizkammer 4 unter einem geringfügigen Unterdruck bezüglich der Umluft außerhalb des Ofens. In dieser Ausführungsform wird die Beschickungskammer 2 auf fast dem Normaldruck bzw. unter einem geringfügig höheren Druck von -0,13 bis +0,51 mm WS (-0,005 bis 40,02 in. WS) bezüglich des Umluftdrucks außerhalb des Ofens gehalten, die Heizkammer 4 unter einem Unter* druck von -0,25 bis -1,27 mm WS (-0,01 bis -0,05 in· WS) und

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vorzugsweise von -0,25 bis -0,50 mm (-0,01 bis -0,02 in. WS) Wassersäule bezüglich der Beschickungskammer 2. Hit dieser Anordnung muß an der Beschickungsöffnung 22 ein nur minimaler Luftabschluß vorgesehen werden, damit keine überschüssige Luft in den Ofen eindringen kann. Weiterhin bewirkt dieser Druckunterschied zwischen den beiden Kammern 2, 4, daß die von dem in die Beschickungskammer 2 eingespeisten Schrott abgegebenen Kohlenwasserstoffdämpfe wirkungsvoll durch die obere öffnung in die Heizkammer 4 gezogen werden.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hält man die Beschickungskammer 2 auf einem geringen Unterdruck von -0,13 bis -0,51 mm WS (-0,005 his -0,02 in. WS) bezüglich der Umluft außerhalb des Ofens, während man die Heizkammer auf einem Unterdruck von -0,25 his -1,27 mm WS (-0,01 bis -0,05 in. WS), vorzugsweise -0,25 bis -0,51 mm WS (-0,01 bis -0,02 in. WS) bezüglich der Beschickungskammer 2 hält. In dieser Ausführungeform muß für einen wirkungsvollen Luftabschluß über der Beschickungsöffnung 22 gesorgt werden, damit keine überschüssige Luft in den Ofen eindringen kann. Ein solcher wirkungsvoller Luftabschluß muß fast luftdicht sein; die neisten Schirme sind allein nicht in der Lage, diesen dichten Abschluß zu bewirken·

Im Betrieb eines Doppelkammer-Einschmelzofens nach der vorliegenden Erfindung wird eine Schmelze 10 am Boden des Ofens kontinuierlich von der Heizkammer 4· über eine Umlaufleitung 18 in die Beschickungskammer 2 im Umlauf gehalten, aus der die

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Schmelze 10 wieder in die Heizkammer 4 zurückströmt. Verschmutzter Schrott - beispielsweise ölige und fettige Aluminiumbriketts - wird chargenweise oder kontinuierlich in die Beschickungskammer 2 gegeben, und zwar mittels eines Gabelstaplers oder dergleichen, der eine Charge Schrottbriketts in Pallettengröße durch die Beschickungsöffnung 22 schütten kann, nachdem man die Tür 25 geöffnet und den Schirm 24 abgehoben hat. Desgleichen kann man die Briketts mit einem Förderband oder dergleichen einzeln eingeben.

Der verschmutzte Schrott schwimmt auf der Schmelze 10 in der Kammer 2, d.h. ist nur teilweise in sie eingetaucht. Man kann

1 bn zwangsweise in die Schmelze eindrücken - beispielsweise indem man auf den treibenden Schrott eine weitere Charge Briketts aufschüttet. Die Temperatur in der Beschickungskammer

2 über der Schmelze 10 von weniger als etwa 704 °0 (1300 ⁰O) ist niedrig genug, um eine Oxidierung zu minimisieren. Der größte Teil des Schrotts wird von der Schmelze 10 in der Beschickungskammer 10 - primär infolge des umlaufenden Unterstroms - durch Abwaschen eingeschmolzen. Wie sich herausgestellt hat, kann man mit diesem Einschmelzen durch Abwaschen und bei minimal gehaltener Oxidierung die Schmelzverluste sehr gering halten.

Gleichzeitig mit dem Erwärmen und Schmelzen der Schrottcharge treten Kohlenwasserstoffdämpfe aus dem verschmutzten Schrott in der Beschickungskammer 2 aus. Große Mengen der Kohlenwasser-

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stoffdämpfe können in der umschlossenen Beschickungskammer 2 zeitweilig zu einem Überdruck gegenüber der Umluft führen. Eine Schutzabdeckung wie beispielsweise der Schirm 24 und/oder die Tür 25 über der Beschickungstür 25 dienen dazu, ein Entweichen dieser Kohlenwasserstoffdämpfe aus dem Ofen zu verhindern; sie hält die Dämpfe innerhalb der Kammer 2, bis der Überschuß in die Heizkammer 4 gezogen worden ist.

Wie oben ausgeführt, wird in der Heizkammer 4 bezüglich der Beschickungskammer 2 ein geringer Unterdruck aufrechterhalten beispielsweise durch den natürlichen oder einen Zwangszug durch den Abgasschacht 14. Ein Unterdruck hat immer die Neigung sich auszugleichen, indem er Gas mit höheren Druck anzieht. Mit der oberen öffnung 12 in der Trennwand 6 erfolgt die priaäre Zufuhr des Zuggases aus der Beschickungskammer 2 durch diese Öffnung in der Trennwand 6. Falls erforderlich, kann man in der Beschickungskammer 2 einen höheren Druck als in der Heizklammer herstellen, indem man Verbrennungsluft - entweder Umluft oder Druckluft - durch die Öffnungen 28 in der Beschickungskaoaer einläßt. Beim Zuführen von Verbrennungsluft in die Beschickungekammer 2 gelangt nicht nur Sauerstoff in das System; gleichzeitig wird die Bildung des Druckgefälles zwischen den beiden Kammern unterstützt, das als Hauptantriebskraft wirkt, um die Dämpfe aus der Beschickungskammer 2 in die Heizkamner 4 zu überführen. Indem man Verbrennungsluft durch die Öffnungen 28 in den Ofen einbringt, kann man einen Luftstrom als sekundäre Treibkraft herstellen, der die Dämpfe aus der Beschickunge-

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kammer 2 in die Heizkammer 4 drückt. Im Betrieb des Einschmelzsystems nach der vorliegenden Erfindung werden also die vom eingebrachten Schrott abgegebenen Kohlenwasserstoffdämpfe aus der Beschickungskammer 2 in die heiße Kammer 4 überführt, ohne daß zusätzliche Anlagenteile für den Gastransport erforderlich wären.

Die Brenner 30 können mit Gas oder öl gespeist werden, das eine llammentemperatur von etwa 1650 bis 2200 ⁰O (3000 bis 4000 ⁰F) ergibt, so daß in den unteren Bereichen der Heizkammer 4 über dem Schmelzspiegel 9 eine Temperatur von etwa 820 bis 1370 ⁰G (1500 bis 25OO ⁰P) entsteht, die ausreicht, um die in die Heizkammer 4 gezogenen Kohlenwasserstoffdämpfe zu verbrennen. Der Sauerstoff in der Verbrennungsluft, die ebenfalls in die Verbrennungskammer 4 eingezogen werden kann, reagiert unter Verbrennung mit dem Kohlenwasserstoffdämpfen. Ist zusätzlicher Sauerstoff erforderlich, kann man rohen Sauerstoff in die Heizkammer 4 durch die in die Kammermitte gerichteten Sauerstoffdüsen 40 im oberen Teil der Heizkammer 4 eindrücken. In der vorliegenden Erfindung reicht die in die Heizkammer 4 gezogene Sauerstoffmenge aus, um die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe zu fördern, ohne eine übermäßige Oxidation und Schmelzverluste zu verursachen. In der Tat wird durch die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in der Heizkammer 4 nach der bevorzugten Durchführung der vorliegenden Erfindung der Kammer 4 Wärme zugeführt, diese aber nicht abgekühlt. Hit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erreicht man nicht nur eine Senkung

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der Festanteile in der Schachtemission; zusätzlich wird die bei der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in den Dämpfen freiwerdende Wärme im Ofen selbst genutzt.

Ein typisches Beispiel eines Betriebsablaufs für einen Doppelkammerofen nach der vorliegenden Erfindung ist wie folgt. Man läßt etwa 45 t (1OOOOO lbs.) Schmelze mit einer Geschwindigkeit von etwa 136 t/h (300000 lbs./hr.) aus der Heizkammer 4 über die Umlaufleitung 18 und die Pumpe 20 in die Beschickungskammer 2 und zurück in die Heizkammer 4 umlaufen. Durch den Schacht 14 erzeugt man in der Heizkammer 4 einen Saugzug von -0,25 bis -0,75 mm WS (-0,01 bis -0,03 in. WS) bezüglich der Beschickungskammer 2 auf oder nahe der Schwellhöhe in beiden Kammern. Die Temperatur in der Heizkammer 4 wird auf etwa 788 ⁰G (1450 ⁰F) gehalten, indem man den Brennern 30 Erdgas zuführt und diese auf hohes Feuer ("high fire") stellt. Etwa 272 kg (600 lbs.) Salz-Flußmittel - zu etwa 4 % des gesamten Chargengewichts werden in die Beschickungskammer 2 gegeben, wo sie in die Schmelze einschmelzen und sich verteilen. Dann bringt man ölige Schrottbriketts in Chargen von etwa 1,4 t (3000 lbs.) in die Beschickungskammer 2 ein. Jede solche Charge verursacht in der Temperatur der umlaufenden Schmelze im Ofensystem einen Abfall von etwa 17 °0 (30 ⁰F), wie man am Ausgang der Heizkammer 4 messen kann. Obgleich Temperaturverluste auftreten, sollten die oben erörterten wünschenswerten Temperaturbereiche innerhalb der gesamten Betriebsfolge beibehalten bleiben.

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Bemerkt man einen Wiederanstieg der Temperatur, der nach dem anfänglichen Einbringen der Gharge etwa 5 min erfordert, gibt man eine zweite Charge von etwa 1,4 t ($000 lbs.) Schrottbriketts in die Kammer 2. Diese zweite Charge taucht die ungeschmolzenen schwimmenden Rückstände aus der vorgehenden Charge in die Schmelze unter. Während der Zeitspanne, in der die Temperatur wieder ansteigt, treten die öligen Dämpfe und andere unverbrannte Kohlenwasserstoffe größtenteils aus den Briketts der ersten Charge aus und werden durch das Unterdruckgefälle aus der Beschickungskammer 2 kontinuierlich in die Heizkammer 4 gezogen. Die Beschickung erfolgt weiterhin chargenweise, bis etwa 7 t (I5OOO lbs.) Schrott eingefüllt worden sind. Stellt mem den Temperatürrückanstieg nach der letzten Teilcharge fest, müssen die verbliebenen Schrottbriketts durch Hilfsvorrichtung in die Schmelze u.U. untergetaucht werden. Dieses "Puddeln" erfordert eine Rühr- und Eintauchbewegung. Dabei werden gleichzeitig das Salz und die Schlacke (bzw. der Schaum) vermischt, um die Metallrückgewinnung zu optimieren.

Nachdem die gesamte Charge eingeschmolzen ist, zieht man die an der Oberfläche treibenden Rückstände von der Schmelze in der Beschickungskammer 2 ab. Nachdem die Beschickungskammer 2 gesäubert ist, erfolgt die Zugabe einer frischen Salzcharge. Dann zieht man etwa 5,5 bis 7 t (12000 bis I5000 lbs.) Aluminiumschnelze aus dem System ab, indem man sie beispielsweise in einen Transportbehälter absticht. Während des Abstichs schmilzt das zuvor eingegebene Salz, während die unteren Bereiche der

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Heizkammer 4- auf die erforderliche Temperatur durch. Nachstellen der Brenner gebracht werden. Dieser Betriebsablauf wird dann wiederholt.

Während oben zur Erläuterung bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist dem ffachmann ersichtlich, daß sich an ihnen zahlreiche Modifikationen durchführen lassen, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.

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Claims

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1BERLIN33 8MÜNCHEN80

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T?Ä£ Dr. RUSCHKE & PARTNER ΓΤΤΓ

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Tel. (030)8263895/8264481 BERLIN - MÖNCHEN ΓΓ^!

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Quadratur Berlin Quadratur München

TELEX: 183788 TELEX: 522787

T[ A 1677

Patentansprüche

1· Verfahren zur Beseitigung von beim Einschmelzen verschmutzten Metallschrotts freigesetzten Verunreinigungsstoffen, wobei der Schrott in einem Doppelkammerofen mit einer Beschickungsund einer Heizkammer eingeschmolzen wird und die Schmelze zwischen diesen Kammern umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schrott in die Beschickungskammer des Doppelkammerofens eingibt, die ein Verbindungselement in Gasströmungsverbindung mit einer direkt beheisten Heizkammer über der Oberfläche des Spiegele der zwischen den Kammern umlaufenden Schmelze aufweist, in der Heizkammer bezüglich der Beschickungskammer einen Unterdruck aufrechterhält, so daß die aus dem in die Beschickungskammer eingefüllten Schrott freigesetzten Kohlenwasserstoffdämpfe durch das Verbindungselement in die Heizkammer eingezogen werden, und daß man die _: Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in den Dämpfen in der Heizkammer vervollständigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schrott in die Beschickungskammer eines Ofens gibt, durchj die «ine Schaelze umläuft, die eich im wesentlichen über '

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OBlGlNAL INSPECTED

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Teile des Bodens der Beschickungskammer und einer direkt beheizten Heizkammer erstreckt, die von einer Trennwand getrennt sind und die unter der Oberfläche der Schmelze durch mindestens einen unteren Durchlaß in der Trennwand und über der Oberfläche der Schmelze durch mindestens einen oberen Durchlaß in der Trennwand miteinander in Verbindung stehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Unterdruck in der Heizkammer durch natürlichen Zug durch einen Schornsteinabzug erzeugt, der über dem Schmelzenspiegel in Strömungsverbindung mit der Heizkammer steht·
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Unterdruck in der Heizkammer erzeugt, indem man einen Saugzug durch einen Schornsteinabzug erzeugt, der mit der Heizkammer über dem Schmelzspiegel in Strömungsverbindung steht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Saugzug mit einem Sauggebläse erzeugt, das man in einer Saugleitung anordnet, die in Strömungsverbindung mit der Heizkammer über dem Schmelzenspiegel steht.
6. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Leichtmetallcharge in die Beschickungskammer gibt und ein Schmelzmetallprodukt aus dem System in einer Menge abnimmt, die der dem System zugeführ-

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ten Menge entspricht, wobei die Charge durch Abwaschen in der Beschickungskammer eingeschmolzen wird und sich die Oberflächenverunreinigungen dabei in der Beschickungskammer verflüchtigen.
7· Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Unterdruck von-O,25 bis -1,27 mm WS (-0,01 bis -0,05 in. WS) in der Heizkammer bezüglich der Beschickungskammer aufrechterhält.
8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß man ein Salz-Flußmittel in einer Menge von etwa 2 bis 6 % des Gesamtgewichts der Charge durch eine Beschickungsöffnung der Beschickungskammer des Doppelkammerofens eingibt, durch den eine Aluminiumschmelze in einer Menge vom etwa 15- bis 20-fachen des gesamten Chargengewichts umläuft, daß man die Schmelze im wesentlichen kontinuierlich aus der direkt beheizten Heizkammer über eine Umlaufleitung in die Beschickungskammer und zurück in die Heizkammer umlaufen läßt, wobei die Kammern von einer Trennwand getrennt sind und unter der Schmelzenoberfläche durch mindestens einen Durchlaß in der Trennwand und über der Schmelzenoberfläche durch mindestens einen oberen Durchlaß miteinander in Verbindung stehen, daß man das Salz-Flußmittel in der durch die Beschickungskammer strömenden Schmelze verteilt und schmilzt, eine Charge aus an den Oberflächen mit verflüchtigbaren und brennbaren Verunreinigungen verschmutztem Aluminium auf die

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Oberfläche der Schmelze in der Beschickungskammer durch eine Beschickungsöffnung gibt, die Beschickungsöffnung abdeckt, in der Heizkammer bezüglich der Beschickungskammer einen Unterdruck von -0,25 bis -0,5 mm WS (-0,01 bis -0,02 in.WS) aufrechterhält, indem man einen Saugzug durch einen Abgasschacht erzeugt, der in die Heizkammer mündet, so daß aus der Charge austretende Kohlenwasserstoffdämpfe durch den oberen Durchlaß in die Heizkammer gezogen werden, man die Kohlenwasserstoffdämpfe in der auf einer Temperatur von etwa 820 bis 1370 ⁰C (1500 bis 25OO ⁰F) gehaltenen Heizkammer in deren unteren Bereichen über dem Schmelzenspiegel verbrennt, wobei der Heizkammer zusätzliche Verbrennungswärme und der durch diese strömenden Schmelze zugeführt wird, daß man den größten Teil der Schmelzrückstände von der Oberfläche der Schmelze in der Beschickungskammer anzieht, und schließlich Aluminiumschmelze dem System in einer Menge entnimmt, die etwa dem gesamten Chargengewicht entspricht.
9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumcharge in Teilchargen eingefüllt wird und die Beschickungsöffnung nach jeder Teilcharge wieder abgedeckt wird, wobei jede Teilcharge erst dann zugeführt wird, wenn die Schmelze in der Beschickungekammer ihren Temperaturwiederanstieg beginnt, so daß jede der Teilchargen die ungeschmolzenen treibenden Rückstände aus der vorhergehenden Teilcharge untertaucht.

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10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Beschickungskammer zusätzlich einen Unterdruck von -0,13 Ms -0,03 mm WS (-0,005 his -0,001 in. WS) "bezüglich der Umluft außerhalb des Ofens aufrechterhält.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß man einen unteren Durchlaß verwendet, der groß genug ist, um eine Schmelzen-Unterströmung von 3»05 bis 6,1 m/min. (10 bis 20 ft./min.) durch den unteren Durchlaß zuzulassen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß man einen oberen Durchlaß verwendet, dessen Querschnittsfläche gleich der oder größer ist als die kleinste Fläche an irgendeinem Querschnitt des Abgasschachte.

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