DE3603251A1 - Verfahren sowie vertikaler schachtofen zum schmelzen von aluminium und aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

Ritentanwälte y

European Patent Attorneys Djpl. I«g.H.Fink

• - V . Vr.Ing.M.Held 3603251

Zugelassene Vertreter Patentanwälte · Lange Straße 51 · D-7000 Stuttgart 1 beim Europäischen Patentamt

29. Januar 1986
Reg.-Nr. 126 957
Unsere Ref.: 487375 ers

SOUTHWIRE COMPANY

Carrollton, Georgia 30117 / USA

Verfahren sowie vertikaler Schachtofen zum Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen

Die vorliegende Erfindung betrifft Metallschmelzofen und Verfahren zum Schmelzen von Metall, insbesondere einen vertikalen Schachtofen zum Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen sowie ein Verfahren zum Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in einem vertikalen Schachtofen.

Es ist bekannt, Eisen- und einige Nichteisenmetalle, beispielsweise Kupfer, in vertikalen Schachtofen zu schmelzen, beispielsweise mit Hilfe der öfen, die in den nachfolgend angegebenen US-PSen und den in diesen zitierten Patentschriften aufgezeigt sind:

US-PS 2 283 163

US-PS 3 199 977

US-PS 3 715 203

US-PS 3 759 699

US-PS 3 788 623

Telefon (0711) 29 6310 u. 29 72 95 Postscheck Stuttgart (BLZ 600100 70) 7211 -700 Telefonische Auskünfte und Aufträge sind

Telex 722312 (patwo d) Deutsche Bank Stuttgart (BLZ 600 700 70) 1428630 nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich.

US-PS 4 129 742

US-PS 4 243 209

US-PS 4 311 519

US-PS 4 315 755

US-PS 4 375 352

Ein anderer bekannter Ofen, den man als für das Schmelzen von Aluminium geeignet bezeichnet, ist in der US-PS 3 809 378 offenbart. Der in dieser Patentschrift gezeigte Ofen umfaßt in Kombination eine primäre Schmelzkammer mit einem vertikalen Fuchs sowie eine sekundäre Schmelzkammer, die mit der primären Schmelzkammer verbunden ist. Wärme wird durch Konvektion in der primären Schmelzkammer auf das Metall übertragen, wo dieses unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsbrenners "halbgeschmolzen" wird. Danach fließt das "halbgeschmolzene" Metall zu der sekundären Schmelzkammer, wo es durch Strahlungswärme vollständig geschmolzen wird.

Normalerweise schmilzt man Aluminium und Aluminiumlegierungen in einem Reverberierofen, der sich von einem vertikalen Schachtofen in erster Linie durch die Art und Weise unterscheidet, in der Wärme auf das Aluminiummetall übertragen wird. Bei einem Reverberierofen wird die Wärme auf das zu schmelzende Metall hauptsächlich durch Strahlung von den Wänden des Ofens her übertragen, und in einem geringeren Ausmaße durch Wärmeleitung vom geschmolzenen Metall zum festen Metall. Der Wärmeübergang auf das Metall in einem Schachtofen geschieht dagegen in erster Linie mittels Konvektion, und lediglich eine vernachlässigbar kleine Wärmemenge wird entweder durch Strahlung von den Ofenwänden oder durch Wärmeleitung übertragen.

Bei das Schmelzen von Metall betreffenden Anwendungsfällen ist es allgemein bekannt, daß Schachtofen einen etwa doppelt so hohen * Wirkungsgrad besitzen als Reverberierofen, bezogen auf den Gasverbrauch pro Gewichtseinheit geschmolzenen Metalls, ausdrückbar in Kilojoule /Kilogramm. Schachtofen sind jedoch offensichtlich in der Aluminiumindustrie für das Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen noch nicht in merklichem Umfange zur

Anwendung gekommen.

Es hat sich gezeigt, daß ein Problem, das auftritt, wenn Aluminium oder Aluminiummetallegierungen durch Konvektion in einem Schachtofen unter Verwendung üblicher Hochgeschwindigkeitsbrenner geschmolzen werden, darin besteht,daß die eine geringe Dichte aufweisenden Aluminiummetalle, insbesondere Aluminium in Form von kleinen Schrotteilen, von dem sie mit hoher Geschwindigkeit beaufschlagenden Brenngas gegen die Wände des Ofens "geblasen" werden, anstatt durch Schwerkrafteinfluß auf den Ofenherd zu fallen. Außerdem wurde gefunden, daß geschmolzenes, halbgeschmolzenes und festes Aluminiummetal1 durch die Brenngase hoher Geschwindigkeit auch in andere Brenner und Brenneröffnungen, die rings um die Ofenwandungen angeordnet sind, hinein "geblasen" werden kann, was zu schlechtem Ofenwirkungsgrad und möglichen Brennerblockaden führen kann, und die Wartungskosten des Ofens beträchtlich ansteigen.

Ein Weg, um das vorstehend erwähnte Problem zu überwinden, besteht darin, die Brennergeschwindigkeit wesentlich herabzusetzen. Die Schmelzrate steht jedoch mit der Brennergeschwindigkeit in direkter Beziehung, und es ist äußerst vorteilhaft, wenn die Brennergeschwindigkeit in Anbetracht der Art und Form des zu schmelzenden Aluminiummaterials einen Höchstwert erreicht.

Ein weiterer Weg, das Problem des "Wegblasens" des Aluminiummetalls zu überwinden, besteht darin, den Ofen gemäß der oben erwähnten US-PS 3 809 3 78 zur Anwendung zu bringen, bei dem lediglich ein einziger Hochgeschwindigkeitsbrenner diametral durch die erste Schmelzkammer hindurch gegen die öffnung zur sekundären Schmelzkammer hin gerichtet ist. Dadurch wird sämtliches geschmolzene , halbgeschmolzene oder feste Aluminiummetall, das von den Brenngasen hoher Geschwindigkeit durch die primäre Schmelzkammer geblasen wird, in die zweite Schmelzkammer oder den Strahlungs- oder Reverberierteil des Ofens hineingelenkt, wo die weitere Erhitzung und das Schmelzen unter weniger optimalen Wärmeübergangsbedingungen stattfindet, d.h. durch Strahlungserhitzung anstelle von Konvektionserhitzung.

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Ein weiteres Problem, das beim Schmelzen von Aluminiummetallen in einem Reverberierofen auftritt, ist die Explosionsgefahr aufgrund einer Verunreinigung des in den Ofen eingefüllten Metalles mit Feuchtigkeiten. Sollte irgendeine Feuchtigkeit in dem Metall eingeschlossen sein, wenn es in einen heißen Ofen eingefüllt wird, der ein geschmolzenes Bad aus Aluminium enthält, also einen "nassen" Herd, dann ist es wahrscheinlich, daß die Feuchtigkeit schlagartig mit einer entsprechenden Volumenvergrößerung verdampft, durch die eine möglicherweise gefährliche Explosion verursacht werden kann. Die Möglichkeit einer derartigen Explosion ist in einem Schachtofen äußerst gering, weil ein Schachtofen typischerweise ein Ofen mit "trockenem" Herd ist und weil das Metall dem Ofen an der Oberseite des Schachtes zugeführt wird, wo es durch Konvektion vorerhitzt wird, wodurch in vorteilhafter Weise die gesamte Feuchtigkeit aus der Füllung ausgetrieben wird.

Im Hinblick auf die vorerwähnten Einschränkungen und Nachteile der öfen gemäß dem Stande der Technik und in Anbetracht weiterer Nachteile, die oben nicht speziell angesprochen sind, ist es ersichtlich, daß in der Technik ein Bedarf an einem vertikalen Schachtofen besteht, der speziell für ein effizientes Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen ausgelegt ist, sowie Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in einem vertikalen Schachtofen durch Wärmekonvektion. Die Erfindung ist daher in erster Linie darauf gerichtet, diese Bedürfnisse zu befriedigen, und zwar durch Schaffung eines vertikalen Schachtofens, bei dem eine neuartige und verbesserte Anordnung von Brennern zur Anwendung gelangt, die in den Seitenwänden des Ofens angeordnet sind, wobei diese Brenner in Bezug auf die Metallfüllung und den Ofenherd eigens so ausgerichtet sind, daß sie die Probleme aus der Welt schaffen oder aufs äußerste verringern, welche im Zusammenhang mit dem Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen mit Hochgeschwindigkeitsbrennern in einem Schachtofen bisher zutage getreten waren.

Genauer gesagt, richtet sich die vorliegende Erfindung darauf, einen vertikalen Schachtofen für das Schmelzen von Aluminium zu schaffen, der eine Mehrzahl von nach abwärts geneigten Brennern besitzt, die in den Seitenwänden des Ofens angeordnet sind, wobei die Achse jedes Brenners so gerichtet ist, daß sie einen Abschnitt des Ofenherdes beaufschlagt, um den Herd heiß zu halten und zu vermeiden, daß das Aluminiummetall durch den Ofen geblasen wird.

Außerdem richtet sich die Erfindung*darauf, ein Verfahren zum Schmelzen von Aluminium und Aluminiummetallegierungen aufzuzeigen, bei dem der Wärmeübergang auf das Metall im wesentlichen vollständig durch Konvektion erreicht wird und nicht durch Strahlung.

Die Erfindung richtet sich auch darauf, einen vertikalen Schachtofen für das Schmelzen von Aluminium zu schaffen, bei dem die Wärmezufuhr für das vollständige Schmelzen einer Aluminiumfüllung nur im Bereich von 1394 bis 3486 Kilojoule pro Kilogramm (600 bis 1500 BTU per pound) liegt, mit einer durchschnittlichen Wärmezufuhr von ungefähr 2323 Kilojoule oder weniger pro Kilogramm (1000 BTU per pound).

Die Erfindung richtet sich ferner darauf, einen vertikalen Schachtofen für das Schmelzen von Aluminium und seinen Legierungen zu schaffen, der einen konkaven, steil abfallenden Herd besitzt, der so gestaltet ist, daß er das geschmolzene Metall schnell vom Ofenherd abfließen läßt und dadurch vermeidet, daß sich eine Pfütze oder ein Bad geschmolzenen Aluminiums auf dem Ofenherd bildet.

Die Erfindung richtet sich auch darauf, einen vertikalen Schachtofen zum Schmelzen von Aluminium und seinen Legierungen zu "schaffen, der aus einem kalten Zustand heraus sehr schnell angefahren und noch schneller wieder abgefahren werden kann.

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Außerdem richtet sich die Erfindung auf die Schaffung eines vertikalen Schachtofens, der für das Schmelzen unterschiedlicher Arten und Formen von Aluminiummaterialien geeignet ist, wie etwa kleinem Aluminiumschrott, Getränkedosen aus Aluminium, etwa 13,6 Kilogramm schweren Blöcken oder Barren aus Aluminium und auch Aluminiumsauen von 454 Kilogramm und 908 Kilogramm.

Die Erfindung ist auch darauf gerichtet, ein hochwirksames Verfahren für das Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungsmetallen aufzuzeigen, das im wesentlichen vollständig durch Wärmekonvektion in einem vertikalen Schachtofen stattfindet.

Kurz zusammengefaßt werden die oben angesprochenen Punkte gemäß den das Verfahren und die Verfahrenseinrichtung betreffenden Aspekten der Erfindung durch Schaffung eines vertikalen Schachtofens erreicht, dessen Querschnitt im wesentlichen zylinderförmig ist, wobei die Wände des Ofens aus einem geeigneten feuerfesten Material gebaut sind, beispielsweise aus Ziegeln aus Siliziumkarbid, die durch Hochleistungs-Feuerziegel abgestützt sind, und einer gießbaren Isolation, wobei dies alles in einer zylindrischen Hülle aus Stahl eingeschlossen ist. Der Ofen weist einen in besonderer Weise gegossenen, feuerfesten Herd auf, der eine konkave, im wesentlichen konische Gestalt besitzt, die gegen einen Auslaßtrog hin steil abfällt, der sich in radialer Richtung von der tiefstgelegenen Stelle des Herdes aus nach außen erstreckt. Eine Mehrzahl von Brenneröffnungen sind in den Wänden des Ofens vorgesehen, wobei die Anzahl der Brennerreihen und die Anzahl der Brenner jeder Reihe von der Auslegungsgröße des Ofens und in gewisser Weise auch von der Art des Aluminiummaterials abhängig ist, das in dem Ofen geschmolzen werden soll.

Ein feuerfest ausgekleideter Tunnel mit einem bogenförmigen Dach ist mit dem vertikalen Schachtofen in der Nähe des Herdes verbunden, und zwar in der Weise, daß der Tunnel über dem Auslaßtrog gelegen ist. Das innere Ende des Tunnels durchschneidet die zylindrische Wandung des Ofens, und das äußere offene Ende des Tunnels ist durch eine Zugangstüre abgeschlossen, die

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schwenkbar angebracht ist, so daß sie in eine offene und geschlossene Stellung an dem offenen Ende des Tunnels bewegt werden kann, das sich in einem Abstand von dem Ofen befindet. Ein Brenner ist im Zentralbereich der Zugangstür so angeordnet, daß bei der geschlossenen Stellung der Tür die Brennerflamme nach abwärts geneigt gerichtet ist und den Auslaßtrog längs seiner Mittellinie beaufschlagt.

Die Anordnung der ersten oder untersten Reihe der Brenner in dem Ofen in der Nähe des Herdes ist für die Erreichung bestimmter Ziele der Erfindung bedeutsam. Bei dem nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind vier Brenner in ungleichmäßigen Winkelabständen rings um die Ofenwand angeordnet. Die beiden Brenner, die von dem Auslaßtrog entfernt angeordnet sind, sind mit ihren Achsen um etwa 35° im Uhrzeigersinne bzw. entgegen dem Uhrzeigersinne gegenüber einer vertikalen Ebene versetzt, die durch die Schachtachse und die Mittellinie des Auslaßtroges verläuft. Die beiden anderen, dem Auslaßtrog näher benachbarten Brenner sind so angeordnet, daß ihre Achsen um etwa 60° im Uhrzeigersinne bzw. entgegen dem Uhrzeigersinne gegenüber dieser vertikalen Ebene versetzt sind.

Die Achsen der ersten Reihe von vier Brennern sind bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in vertikalen Ebenen angeordnet, die sich an einer Stelle schneiden, die gegenüber der geometrischen Achse des zylindrischen Schachtes des Ofens in einer Richtung längs der Vertikalebene durch die Mittellinie des Auslaßtroges versetzt sind. Die Ausrichtung der Brennerachsen, die oben beschrieben ist, ergibt eine Strömung heißer Gase mit relativ hoher Geschwindigkeit, die das geschmolzene Aluminiummaterial auf dem Herd gegen den Auslaßtrog lenkt.

Jeder der vier Brenner in der ersten Reihe ist nach abwärts geneigt, so daß seine Achse im wesentlichen mit der Neigung des konischen Abschnitts des Herdes übereinstimmt, der unmittelbar unterhalb des betreffenden Brenners gelegen ist. Bei dem

erläuterten Ausführungsbeispiel betragen die konische Neigung des Herdes und die Neigung der Brennerachsen aus der Horizontalen nach abwärts jeweils ungefähr 30°. Da der konische Herd ebenfalls nach abwärts gegen den Auslaßtrog hin geneigt ist, befinden sich die beiden dem Auslaßtrog benachbarten Brenner auf einer geringeren Höhe als die anderen beiden Brenner, die von dem Auslaßtrog weiter entfernt sind, so daß alle Brennerflammen ungefähr in gleicher Höhe über der Herdoberfläche verlaufen.

Jeder der Brenner in der ersten Brennerreihe ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nach abwärts gerichtet und in einer zugehörigen Brenneröffnung so angeordnet, daß seine Flamme im wesentlichen auf einen Quadranten des konkaven Teils des Herdes gerichtet ist. Außerdem sind, wie oben erwähnt, die Brennerachsen nicht in gleichen Winkelabständen rings um die Ofenwandung verteilt, sondern so angeordnet, daß ihre Achsen in unterschiedlichen, nicht zusammenfallenden, jedoch sich schneidenden Ebenen liegen.

Die vorstehend beschriebene Kombination aus Lageanordnung und Ausrichtung der Brennerachsen stellt sicher, daß kein geschmolzenes, halbgeschmolzenes oder festes Aluminiummetall von den Brennerflammen durch den Ofen hindurch und in die Brenner oder Brenneröffnungen an der gegenüberliegenden Ofenwand geblasen wird, sondern vielmehr auf den geneigten Herd in geschmolzenem Zustand auftrifft und schnell zu dem Auslaßtrog fließt, der zur Ofenabstichöffnung führt.

Der Auslaßtrog ist vorzugsweise einstückig mit dem konkaven Teil des Herdes gegossen und hat einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt mit einem ebenen Boden, der am Scheitel des V sich in Längsrichtung des Troges erstreckt. Die Trogoberflächen schneiden die konisch nach abwärts geneigte Herdoberfläche und sind so geformt, daß sie einen glatten, etwas kon-

vexen Übergang zwischen dem Trog und dem konkaven Herd bilden. Der Trog verläuft vom Herd unter einem Winkel von ungefähr geneigt nach unten, und der ebene Boden des Trogs erstreckt sich in einer geneigten Ebene bis zu dem Zentrum des Herdes und der Achse des zylindrischen Schachtes und bildet dadurch einen rinnenartigen Teil, in dem geschmolzenes Aluminium glatt und schnell von dem Zentrum des Herdes zu der Abstichöffnung fließt. Das radial am weitesten außen gelegene Ende des Auslaßtroges verläuft in einer rechtwinkligen Biegung und führt zu dem Abstichloch des Ofens, üblicherweise bildet sich während der Durchführung des Schmelzens von Aluminium eine "Haut" aus erstarrtem Aluminium und Aluminiumoxid, die oberhalb des ebenen Bodens des Auslaßtroges vom Herd zu der Abstichöffnung verläuft,und das geschmolzene Aluminium fließt unter der erstarrten Haut, wo es in vorteilhafter Weise gegen Oxidation geschützt ist.

Der Ofen kann entweder mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff befeuert werden, obzwar ein gasförmiger Brennstoff vorzuziehen ist. Ein üblicher Brenner, der für eine Verwendung bei dem vertikalen Schachtofen gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist der in der US-PS 4 301 997 der Anmelderin aufgezeigte Brenner. Eine geeignete Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des vorgenannten Brenners sind in den US-PSen 4 239 191 bzw. 4 211 555 aufgezeigt, wobei es sich ebenfalls um Patente der Anmelderin handelt. Wenn ein nicht verdampfter, flüssiger Brennstoff verwendet wird, kann der Ofen gemäß der vorliegenden Erfindung mittels des Verfahrens und des Brenners betrieben werden, was in der US-PS 4 375 352 (DE-OS 29 26 345.4) der Anmelderin aufgezeigt ist. Obgleich die vorstehend erwähnten Brenner insbesondere mit Vorteil für das Schmelzen von Kupfer anwendbar sind und dementsprechend eine verhältnismäßig hohe Brennergeschwindigkeit besitzen, ist es dank der erfindungsgemäßen Brenneranordnung möglich, diese Hochgeschwindigkeitsbrenner bei dem vorliegenden vertikalen Schachtofen dazu einzusetzen, um Aluminium und Aluminiumlegierungen zu schmelzen.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des vertikalen Schachtofens gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematisiert gezeichnete Draufsicht, die die Anordnung der Brenner in dem Ofen zeigt;

Fig. 3 eine abgebrochen und teils aufgeschnitten

gezeichnete Teildarstellung, die die typische Brenneranordnung in der Seitenwand des Ofens zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die die Form des Herdes und des Auslaßtroges des vertikalen Schachtofens zeigt,und

Fig. 5 einen abgebrochen gezeichneten Längsschnitt des Ofens im Bereich des Herdes und des Auslaßtroges, gesehen mit Blickrichtung von der Zugangstür des Ofentunnels her.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen vertikalen Schachtofens zum Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen dargestellt, wobei der Ofen als Ganzes mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Der Ofen 10 ist im wesentlichen langgestreckt, vorzugsweise zylinderförmig, und bildet eine innere zylindrische Schmelzkammer 12, die für eine Schwerkraftbeschickung mit Aluminium in üblicher Weise über eine Öffnung vorgesehen ist (nicht gezeigt), die im oberen Teil des Ofens angeordnet ist. Die Höhe des Ofens richtet sich

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nach dem gewünschten Schmelzedurchsatz. Obwohl die Höhe des Ofens theoretisch groß genug sein sollte, um den Übergang der gesamten Wärmeenergie auf die Metallfüllung zu bewirken, schreiben Kostenerwägungen, die Ofenfüllungsmöglichkeiten sowie die Gegebenheiten der Reibung zwischen Ofenfüllung und Ofenwandung eine praktisch verwirklichbare größte Ofenhöhe vor.

Die Wandung 14 des Ofens umfaßt eine zylindrische äußere Stahlhülle 16 mit einer zusammengesetzten feuerfesten Auskleidung 18 und einer Schicht einer gegossenen Isolation (nicht gezeigt) zwischen der Hülle 16 und der feuerfesten Auskleidung 18. Vorzugsweise ist die feuerfeste Auskleidung 18 aus einer innersten Lage aus einem geeigneten feuerfesten Material, beispielsweise Ziegeln aus Siliziumkarbid, aufgebaut, die durch Hochleistungs-Feuerziegel abgestützt sind. Jede geeignete feuerfeste Auskleidung kann Verwendung finden, solange sie den hohen Temperaturen in der Schmelzkammer und der Reibung standhalten kann, die zwischen der Auskleidung und der metallischen Füllung erzeugt wird.

Der Ofen 10 weist einen Boden 20 auf, der ebenfalls aus einem feuerfesten Ziegelwerkstoff gebildet und auf einem stählernen Fußteil 22 gelagert ist. Der Ofenherd 24 ist aus einem gießbaren, feuerfesten Werkstoff geformt und besitzt eine im wesentlichen konkave Gestalt, die gegen einen mit dem Herd einstückig ausgebildeten Auslaßtrog 26 nach abwärts hin abfällt, wie es nachfolgend noch näher beschrieben wird.

Ein Zugangstunnel 28 mit bogenförmigem Tunneldach steht mit der Schmelzkammer 12 des Ofens in Verbindung und ist oberhalb des Auslaßtroges 26 gelegen. Der Tunnel 28 ist ebenfalls mit einem geeigneten feuerfesten Material ausgekleidet, beispielsweise mit Ziegeln aus Siliziumkarbid, wie es in gleicher Weise bei den Wänden des Ofenschachtes der Fall ist. Der Tunnel 28 ist an seinem vom Ofen entfernten Ende mittels einer Zugangstüre 30 abgeschlossen, die ein feuerfestes Material enthält, das in einen stählernen Türrahmen eingegossen ist.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Ofen mit fünf Brennern versehen. Vier dieser Brenner, die mit 32, 34, 36 und 38 bezeichnet sind (in Fig. 1 sind lediglich die Brenner 32 und 36 gezeigt), sind in Brenneröffnungen in den Seitenwänden des Ofens unmittelbar oberhalb des Herdes angeordnet, und der fünfte Brenner 40 ist in der Zugangstüre 30 des Tunnels angebracht. Die Brenner 32 bis 40 sind vorzugsweise mit Erdgas befeuert und können in der Weise ausgebildet sein, wie es in der US-PS 4 301 997 aufgezeigt ist. Für öfen mit größerer Schmelzkapazität kann eine zusätzliche Reihe von Brennern oder können zusätzliche Reihen von Brennern in den Ofenwänden angebracht sein, wie es durch mit strichpunktierten Linien in Fig. 1 angedeutete zusätzliche Brenneröffnungen 42 und 44 verdeutlicht ist.

Die Konfiguration des einstückigen feuerfesten Herdes 24 ist in Fig. 1 im Längsschnitt, in Fig. 4 perspektivisch und in Fig. 5 in von dem Zugangstunnel her gesehener Ansicht gezeigt. Der Herd 24 umfaßt einen konkaven Teil 46, der im wesentlichen konisch geformt ist, mit steil gegen den Auslaßtrog 26 des Ofens hin abfallendem Kegelwinkel. Der konkave Teil des Herdes unmittelbar unterhalb der Brenner 32, 34 weist einen Kegelwinkel oder eine Neigung von ungefähr 30° bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel auf, obgleich die Abschüssigkeit oder Neigung von etwa 15° bis etwa 45° variieren kann. Der konkave Teil des Herdes unterhalb der Brenner 36, 38 ist im wesentlichen konisch geformt, weist jedoch eine Krümmung nach abwärts auf und verläuft gegen den Auslaßtrog 26 hin etwas konkav, um zusammen mit diesem eine weiche Ubergangsflache zu bilden.

Der Auslaßtrog 26 verläuft, ausgehend etwa vom Zentralbereich des konkaven Teils 46, längs seiner Mittellinie· vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 15° nach abwärts geneigt und weist eine rechtwinklige Biegung auf, die zu einer Abstichöffnung des Ofens führt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt der Auslaßtrog 26 eine im wesentlichen V-förmige Vertiefung

mit einem ebenen Boden, die sich bis zum Ofenzentrum erstreckt.

Die oben beschriebene, steil abfallende konkave Konfiguration des Ofenherdes 24 mit dem Auslaßtrog 26 bewirkt einen schnellen Abfluß geschmolzenen Aluminiums von allen Stellen des Herdes zu der Abstichöffnung, wodurch der Herd "trocken" gehalten wird.

Fig. 2 zeigt die bevorzugte Lageanordnung der Brenner 34 bis 40 am Ofen 10. Die Achsen der beiden Brenner 32, 34, die von dem Auslaßtrog 26 entfernt angeordnet sind, d.h. der hinteren Brenner, sind in einem Winkel von ungefähr 35° im Uhrzeigersinne bzw. entgegen dem Uhrzeigersinne aus einer vertikalen Ebene P versetzt, die durch die Mittellinie des Auslaßtroges verläuft. Die Achsen der beiden vorderen Brenner 36, 38, die zu beiden Seiten des Auslaßtroges in der Nähe desselben angeordnet sind, sind in einem Winkel von 60° entgegen dem Uhrzeigersinn bzw. im Uhrzeigersinn aus der vertikalen Ebene P versetzt. Die Achse des Brenners 4 0 in der Zugangstür 30 des Tunnels fallt mit der vertikalen Ebene P zusammen.

Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist die Schnittstelle B der die vier Brenner 32 bis 38 enthaltenden Ebenen gegenüber der vertikalen geometrischen Achse O des zylindrischen Ofens 10 um eine Strecke D versetzt, und zwar in der Längsrichtung des Auslaßtroges 26. Die Größe der Versetzungsstrecke D kann variieren, beträgt jedoch vorzugsweise etwa 10 bis 15 % des Innendurchmessers des Ofens.

Die Kombination der Winkelanordnung der Brenner 32 bis 38 und die Größe der Versetzungsstrecke D der Brennerachsen gegenüber der Ofenachse O bewirkt, daß sich eine resultierende Restströmung heißer Brennergase in Richtung auf den Auslaßtrog 26 ergibt, was in vorteilhafter Weise mit dazu beiträgt, den Ofenherd "trocken" zu halten und den Fluß des

geschmolzenen Aluminiums gegen den Ofenauslaß hin zu verbessern.

Fig. 3 zeigt die beträchtliche Neigung des Brenners 34 nach abwärts, wie sie für alle Brenner 32 bis 38 in der Ofenwandung 14 typisch ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt d,ie-Neigung jeder Brennerachse ungefähr 30° und ist damit in Übereinstimmung mit dem Gefälle desjenigen Teiles des Herdes, der unmittelbar unterhalb der Brenner gelegen ist. Wenn die Neigung des Herdes einen von 30° verschiedenen Wert hat, wird die Neigung der Brennerachsen vorzugsweise der Herdneigung so genau wie möglich angeglichen, so daß die Achsen der Brennerflammen einen im wesentlichen konstanten Abstand von dem Herd beibehalten, um die Gleichförmigkeit des Schmelzens der Aluminiumfüllung in der Nähe des Herdes zu begünstigen und dadurch die Bildung von heißen Bezirken und möglichen Lücken in der Aluminiumfüllung, wie sie sich durch ungleichmäßiges Schmelzen ergeben könnten, zu vermeiden.

Wie am besten aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist die vertikale Anordnung der vorderen Brenner 36, 38 und der Ofenwandung 14 tiefer, als es bei den hinteren Brennern 32, 34 der Fall ist, wobei die Höhendifferenz ungefähr dem vertikalen Abfall entspricht, der sich für den Herd an der Stelle der Brenner aufgrund des steilen Gefälles ergibt, mit dem der Herd gegen den Auslaßtrog geneigt ist. Aufgrund dieser Ausbildung verlaufen die Flammen aller Brenner 32 bis 38 in einer im wesentlichen gleichförmigen Höhe oberhalb des Herdes.

Ein hauptsächlicher Grund für die beträchtliche Abwärtsneigung der Brenner 32 bis 38 besteht darin, zu verhindern, daß das ein geringes spezifisches Gewicht aufweisende Aluminium oder Aluminiumlegierungsmetall, das geschmolzen wird, durch die mit hoher Geschwindigkeit strömenden Brennerflammen durch den Ofen hindurch und in eine Brenneröffnung an der gegenüberliegenden Wand des Ofens "geblasen" werden. Die Kombination der Anordnung der Brenner in ungleichen Winkelabständen rings

um den Ofen mit der Neigung der Brenner nach abwärts bewirkt, daß die Brennerflammen auf einen entgegengesetzten, zugeordneten Quadranten des konkaven Teils 46 des Herdes 24 gerichtet sind. Daher bildet der Herd einen "Geschoßfang" für jedwedes geschmolzene, halbgeschmolzene oder feste Aluminiummetall, das durch auftreffendes Gas hoher Geschwindigkeit durch den Ofen "geblasen" wird.

Der Brenner 40 und die Zugangstüre 30 des Tunnels sind vorzugsweise unter einem kleineren Winkel nach abwärts geneigt als die Brenner 32 bis 38, d.h. bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa mit 15°, wobei der bevorzugte Bereich 10° bis 30° beträgt. Ein Grund für die Anordnung des Brenners 40 mit geringerer oder weniger steiler Neigung als die Brenner 32 bis 38 besteht darin, jedweden Rückstau in dem Fluß geschmolzenen Metalls im Auslaßtrog zu vermeiden, der durch die Strömung heißer Gase, die der Fließrichtung des geschmolzenen Metalls entgegengesetzt strömen, bewirkt werden könnte. Die Gasgeschwindigkeit des Brenners 40 kann auch entsprechend eingestellt werden, um jeden Rückstau des Stromes geschmolzenen Metalls weitestgehend zu verringern.

Die hauptsächlichste Aufgabe des Brenners 40 besteht darin, in dem Tunnel und dem Auslaßtrog eine hohe Temperatur aufrecht zu erhalten. Vorzugsweise ziehen die Brenngase des Brenners 40 im vertikalen Schacht des Ofens ab, so daß der Brenner 40 auch einen Wärmeübergang auf die Aluminiumfüllung hauptsächlich durch Konvektion bewirkt.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als weitere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Claims (16)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Schmelzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit den Verfahrensschritten:

Beschicken eines vertikalen Schachtofens mit Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmetall;

übertragen ausreichender Wärmeenergie auf das Aluminium oder Aluminiumlegierungsmetall in der Weise, daß die Wärme zum Schmelzen des Metalles im wesentlichen vollständig durch Konvektion zugeführt wird; und

Abführen des geschmolzenen Aluminiums oder Aluminiumlegierungsmetalls aus dem vertikalen Schachtofen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Wärmezufuhr zu dem Ofen pro Kilogramm geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumlegierung in dem Bereich von 1394 Kilojoule bis 3486 Kilojoule gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Wärmezufuhr zu dem Ofen pro Kilogramm geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumlegierung kleiner gewählt wird als 2323 Kilojoule.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man das geschmolzene Metall unmittelbar von dem vertikalen Schachtofen zu dem Auslaß des Ofens ohne Bildung einer Pfütze

oder eines Bades von Metall fließen läßt. |

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wärmeübergang in der Weise durchgeführt wird, daß die Flammen einer Mehrzahl von Brennern auf die Füllung von Aluminium oder Aluminxumlegierungsmetall in dem unteren Bereich der Füllung in solcher Weise gerichtet werden, daß die

Brennerflammen nach abwärts geneigt und in nicht zusammenfallenden, vertikalen Ebenen verlaufen, die sich in der Nähe der Achse des vertikalen Schachtofens schneiden.

6. Vertikaler Schachtofen zum Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen mit einer in vertikaler Richtung langgestreckten Schmelzkammer (12) , die einen konkaven Herd (24) und einen Außlaßtrog (24) aus einem feuerfesten Material besitzt, mit einer Absticheinrichtung zur Abfuhr geschmolzenen Aluminiums aus dem Ofen (10) , wobei der Herd (24) und der Auslaßtrog (26) gegen die Absticheinrichtung hin nach unten geneigt verlaufen, und mit einer Mehrzahl von Brennern (32, 34, 36, 38), die oberhalb des Herdes (24) rings um die Schmelzkammer (12) angeordnet sind und deren Achsen so nach abwärts geneigt verlaufen, daß sie auf einen gegenüberliegenden Bereich des Herdes (24) gerichtet sind, so daß ein Hineinblasen geschmolzenen, halbgeschmolzenen oder festen Aluminiummetalls in die Brenner (32, 34, 36, 38) verhindert ist.

7. Vertikaler Schachtofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier Brenner (32, 34, 36, 38) vorhanden sind, die mit einem Winkel von 15° bis 45° nach abwärts geneigt sind.

8. Vertikaler Schachtofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Brenner (32, 34, 36, 38) ungefähr 30° beträgt.

9. Vertikaler Schachtofen nach einem der Ansprüche 6 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Brenner (32, 34, 36, 38) in nicht zusammenfallenden, vertikalen Ebenen angeordnet sind, die sich an einer Stelle (B) schneiden, die von der Achse (O) der Schmelzkammer (12) in Richtung auf den Auslaßtrog (26) hin versetzt angeordnet ist.

10. Vertikaler Schachtofen nach einem der Ansprüche 6 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Herd (24) und der

Auslaßtrog (26) aus einem gießbaren, feuerfesten Material einstückig geformt sind und daß der Herd (24) einen konischen Teil (46) besitzt, der gegen den Auslaßtrog (26) hin nach abwärts geneigt ist. *

11. Vertikaler Schachtofen nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch einen aus feuerfestem Material gebildeten Zugangstunnel (28) , der oberhalb des Auslaßtroges (26) angeordnet ist, und durch einen weiteren Brenner (40), der in

dem Zugangstunnel (28) angeordnet ist, um eine erhöhte Temperatur in dem Tunnel (28) aufrecht zu erhalten, wobei dieser weitere Brenner (40) die Brenngase in die Schmelzkammer (12) hinein ausstößt und durch Konvektion Wärme auf das Aluminium oder Aluminiumlegierungsmetall überträgt, das in den Ofen (10) eingefüllt ist.

12. Verfahren zum Schmelzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit den Verfahrensschritten:

Vorsehen eines Schachtofens mit einer vertikalen Achse und einem Herd mit einer Abstichöffnung zum Abführen geschmolzenen Aluminiums oder Aluminiumlegierungsmetalls;

Befüllen des Schachtofens mit Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmetall;

übertragen von Wärmeenergie, die ausreicht, das Aluminium oder Aluminiumlegierungsmetall in dem Schachtofen vollständig zu schmelzen, wobei die Wärme im wesentlichen vollständig durch Konvektion übertragen wird und wobei die Wärmeübertragung durchgeführt wird, indem die Flammen einer Mehrzahl von Brennern auf die Füllung des Aluminiums oder Aluminiumlegierungsmetalls in dem unteren Bereich derselben gerichtet werden, wobei die Achsen der Brenner in nicht zusammenfallenden, vertikalen Ebenen angeordnet sind

und nach abwärts geneigt verlaufen, so daß ihre Flammen so gerichtet sind, daß sie auf Bereiche des konkaven Herdes auftreffen, die den betreffenden Brennern entgegengesetzt sind, wodurch das Blasen geschmolzenen, halbgeschmolzenen oder festen Metalls in die Brenner verhindert wird, wobei die vertikalen Ebenen sich in der Nähe der Achse des Schachtofens schneiden, um dort eine Heizzone zu bilden und die Füllung mit der Wärme dieser Heizzone zu schmelzen, wobei die von der Schmelzzone vertikal nach oben durch die Füllung ziehende Wärme die Füllung vorheizt und im wesentlichen vollständig durch Wärmekonvektion schmilzt;

Fließen lassen des geschmolzenen Metalls unmittelbar von dem Herd des vertikalen Schachtofens zur Abstichöffnung, ohne eine Pfütze oder ein Bad aus Metall zu bilden; und

Abführen des geschmolzenen Metalls aus der Abstichöffnung des Ofens.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Herd mit einem Auslaßtrog verwendet wird und daß für das Fließen lassen des geschmolzenen Metalls eine resultierende Restströmung heißer Brennergase in Richtung auf den Auslaßtrog gelenkt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem für die Neigung der Brenner nach abwärts ein Winkelbereich von 15° bis 45° gewählt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß für die Neigung nach abwärts ein Winkel von ungefähr 30° gewählt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme eines der Brenner parallel und entgegengesetzt zur. Fließrichtung des geschmolzenen Metalls in dem Aus-

laßtrog gerichtet wird, wobei die Neigung dieses Brenners nach abwärts geringer gewählt wird als die Neigung der übrigen Brenner nach abwärts.