DE3916676A1 - Verfahren und anlage zur aufbereitung von schrott - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Schrott eines unmagnetischen Metalles oder einer unmagnetischen Metalle­ gierung, der zumindest teilweise aus Spänen besteht und mit die­ sen aus der zerspanenden Bearbeitung stammende Verunreinigungen, insbesondere ferromagnetische Schneidwerkstoffpartikel enthält, durch Zerkleinern, Entfetten, Auswaschen, Trocknen und mehrfache Magnetscheidung, wobei in der vorletzten Magnetscheidung die Ab­ scheidung von ferromagnetischen Schneidwerkstoffpartikeln durch die Mitwirkung des magnetischen Kraftfeldes selbst erfolgt, wäh­ rend in der letzten Magnetscheidung der Schrott nach dem Ergeb­ nis einer magnetischen Sondierung in verwertbare Schrottpartien und noch grobe ferromagnetische Schneidwerkstoffpartikel enthal­ tende Schrottpartien getrennt wird. Ein derartiges Verfahren ist durch die DE-PS 31 46 049 bekannt.

Bei der Verarbeitung von metallischen Werkstoffen zu Halbzeugen, Fertigerzeugnissen und Bauteilen fällt in großem Umfange Schrott an, der vielfach kleinstückig ist oder sich zu kleinstückigen Teilen zerkleinern läßt. Ein bedeutender Anteil solchen Schrottes fällt bei der spanenden Bearbeitung als Späne an.

Für die spanende Bearbeitung werden aus wirtschaftlichen Gründen vielfach Hartmetall-Werkzeuge, die in hohem Anteil aus hoch­ schmelzenden, spröden Karbiden bestehen, verwendet. Durch Zer­ störung und Abnutzung der Hartmetall-Werkzeuge werden die an­ fallenden Späne durch Hartmetallpartikel verunreinigt.

Für nicht magnetische Metalle und deren Legierungen von meist großem Metallwert, wird als Rohstoff in zunehmendem Maße aufbe­ reiteter Schrott verwendet. Bei dieser Aufbereitung gilt es neben der Beseitigung üblicher Verunreinigungen wie Schneidöl­ reste und Fette auch die Verunreinigung durch Schneidwerkstoff­ partikel zu beseitigen.

Bei Metallen und deren Legierungen, deren Schmelzpunkt deutlich unterhalb des Schmelzpunktes der im Hartmetall enthaltenen Karbide, wie z.B. Wolframkarbid, liegt, hat die zuverlässige Beseitigung schädlicher Schneidwerkstoffpartikel eine besondere Bedeutung, um Fremdeinschlüsse im Schmelzblock zu vermeiden.

Für die Zerspanung dieser hochwertigen Metalle und deren Legierungen werden im allgemeinen Schneidwerkzeuge eingesetzt, die hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften wie Koerzitiv­ feldstärke, spezifische magnetische Sättigungspolarisation bestimmte Mindestwerte aufweisen. Diese Mindestwerte erfüllen ferromagnetische Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl oder Werk­ zeuge aus kobaltgebundenem Hartmetall mit einem bestimmten Mindestgehalt an Kobalt.

Die Aufbereitung von Spänen metallischer Werkstoffe erfolgt gemäß der Gattung der Erfindung bekannterweise in mehreren Schritten durch Zerkleinern, Entfetten, Waschen und Trocknen, wobei dabei bereits große Anteile unerwünschter Verunreinigungen abgetrennt werden. Die anschließende mehrstufige Magnettrennung über unter­ schiedliche Anordnung von Magneten und Magnetsystemen führt zu einer weiteren Trennung und zu einer Abscheidung von magneti­ schen, auch von magnetischen hochschmelzenden Partikeln.

Die aus Gründen der Qualitätssicherung erforderliche Abscheidung aller hochschmelzenden Schneidwerkstoffpartikel, die in nach­ folgenden Schmelzprozessen nicht mit völliger Sicherheit auf­ schmelzen und in Lösung gehen ist durch die bekannten magne­ tischen Abscheidungsverfahren bisher aber nicht möglich. Zur Absicherung der vollständigen Absonderung hochschmelzender Schneidwerkstoffpartikel wird gemäß der DE-PS 31 46 049 deshalb derzeit ein nachfolgendes Röntgen der gereinigten Späne und ein durch das Ergebnis des Röntgen ausgelöstes Absondern unreiner Schrottanteile praktiziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzuentwickeln, daß ein zuverlässiges Abtrennen von noch groben, ferromagnetische Schneidwerkstoffpartikel enthaltende Schrottanteilen sichergestellt und in einem kontinuierlichen, automatisierbaren Betrieb realisierbar ist.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Vorrichtung zu schaffen und besonders vorteilhafte Anwendungen aufzuzeigen.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß der Schrott nach der vorletzten Magnetscheidung und vor der magnetischen Sondie­ rung der letzten Magnetscheidung auf einer ebenen Transportun­ terlage ausgebreitet und mit der Transportunterlage durch ein Magnetfeld geführt und dabei im Schrott noch vorhandene ferro­ magnetische Schneidwerkstoffpartikel magnetisiert werden, an­ schließend mit der Transportunterlage die magnetische Sondierung durchläuft, nach der die Trennung in die verwertbaren Schrott­ partien und noch grobe ferromagnetische Schneidwerkstoffpartikel enthaltenden Schrottpartien erfolgt.

Bei den bekannten Magnetscheidern erfolgt jeweils während oder nach der Magnetscheidung eine Übergabe des Schrottes auf die nächste Verfahrensstufe durch freien Fall oder über mehr oder we­ niger steile Rutschen, wobei der Schrott den übergabebedingten Er­ schütterungen ausgesetzt ist. Durch diese Erschütterungen kann eine Magnetisierung der ferromagnetischen Schneidwerkstoffparti­ kel durch das Magnetfeld des Magnetscheiders wieder rückgängig gemacht werden. Die Erfindung vermeidet solche Einflüsse, indem der der abschließenden magnetischen Sondierung zu unterwerfende Schrott erst endgültig magnetisiert wird, wenn er nach der vor­ letzten Magnetscheidung auf seiner Transportunterlage zur Ruhe gekommen ist und auf seinem Wege durch das zusätzliche Magnet­ feld und die magnetische Sondierung keinen nachhaltigen Erschüt­ terungen mehr ausgesetzt ist.

Gemäß Patentanspruch 2 ist vorgesehen, daß das Ansprechen der Prüfeinrichtung durch Schneidwerkstoffpartikel ausgelöst wird, die eine Korngröße von 0,4 mm und darüber haben.

Die Erfindung eignet sich gemäß Anspruch 3 zur Aufbereitung von spänehaltigem Schrott eines der Metalle Hafnium, Niob und Vana­ dium oder einer unmagnetischen Legierung eines dieser Metalle.

Die Erfindung kann ihre vorteilhafte Wirkung besonders gemäß Anspruch 4 zur Aufbereitung von Spänen eines der Leichtmetalle Aluminium und Magnesium oder einer unmagnetischen Legierung dieser Leichtmetalle entfalten. Wenn diese Leichtmetalle regel­ mäßig nicht als besonders wertvoll gelten, so gibt es doch An­ wendungen, beispielsweise in der Luftfahrtindustrie, wo es auf besondere Reinheit des Metalls oder der Legierung ankommt.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung des Verfahrens besteht gemäß Anspruch 5 in seinem Einsatz zur Aufbereitung von Spänen eines der Metalle Titan und Zirkonium oder einer unmagnetischen Legierung dieser Metalle. Ihr Einsatz beispielsweise auch in der Raumfahrtindustrie erfordert besonders hohe Anstrengungen zur Sicherung der Reinheit.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine Anlage nach Anspruch 6 mit Einrichtungen zum Zerkleinern, Entfetten, Auswaschen und Trocknen des Schrottes, einer Einrich­ tung zur Magnetscheidung des getrockneten Schrottes, mit einer auf grobe Schneidwerkstoffpartikel im vorgereinigten Schrott an­ sprechenden Prüfeinrichtung, mit einer Vorrichtung zum Abtrennen grobe Schneidwerkstoffpartikel enthaltender Schrottanteile und mit Transportvorrichtungen, sich dadurch auszeichnet, daß zwischen dem Magnetscheider und der Prüfeinrichtung eine Magnetanordnung vorgesehen ist, in deren Magnetfeld das dem Transport des vorge­ reinigten Schrottes durch das Magnetfeld der Magnetanordnung und die Prüfeinrichtung dienende Transportband liegt.

Nach Anspruch 7 ist bei einer erfindungsgemäßen Anlage weiterhin vorgesehen, daß die Magnetanordnung aus über und unter dem Trans­ portband angeordneten Permanentmagneten besteht, die Prüfeinrich­ tung mindestens eine Magnetsonde enthält, die durch das Gehäuse der Prüfeinrichtung sorgfältig gegen äußere Magnetfelder abge­ schirmt ist. Die Magnetsonde ist an ein Steuergerät angeschlos­ sen, welches eine Sortierweiche unter Berücksichtigung der Trans­ portgeschwindigkeit des Transportbandes steuert.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Aufbereitung und Prüfung von Titanspänen anhand der Abbildungen weiter erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 den Verfahrensablauf in schematischer Darstellung

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Aufbereitungsanlage für Titan­ späne

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Anlage nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist der Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfah­ rens und damit auch der grundsätzliche Aufbau einer Aufbereitungs­ anlage zur Durchführung des Verfahrens dargestellt.

Über einen Aufgabetrichter 1 wird der aufzubereitende Schrott, beispielsweise Titanspäne, einer Zerkleinerungseinrichtung 2 zuge­ führt und dort auf etwa 20 mm große Stücke zerkleinert. Das zer­ kleinerte Gut gelangt über einen Zwischenförderer 3 in eine Klas­ siervorrichtung 4, um grobe Stücke und einen Teil feinkörniger Bestandteile zu trennen. Hierfür ist ein Überkornaustrag 5 und ein Unterkornaustrag 6 an der Klassiervorrichtung 4 vorgesehen.

Ein Förderer 7 transportiert die klassierten, zerkleinerten Ti­ tanspäne zu einer Entfett- und Wascheinrichtung 8 mit einem Wasch­ flüssigkeitseinlauf 9 und einem Verunreinigungen abführenden Waschflüssigkeitsauslauf 10. Die gewaschenen zerkleinerten Späne werden über ein Zwischenband 11 einem Trockner 12 zugeführt, der einen Heißlufteinlaß 13 und einen Abluftauslaß 14 aufweist.

Ein weiterer Förderer 15 transportiert den getrockneten Schrott, d. h. im Beispiel die getrockneten zerkleinerten Titanspäne zu einem Magnetscheider 16, über dessen Austrag 17 magnetisches Gut abgeschieden wird. Der Magnetscheider 16 ist im Sinne der Erfin­ dung der vorletzte Magnetscheider.

Über den Austrag 17 wird ein Großteil der ferromagnetischen Schneidwerkstoffpartikel abgeschieden, so daß nur noch sporadisch ferromagnetische Partikel in dem so vorgereinigten Schrott ver­ bleiben, die es nachfolgend zu erkennen und abzutrennen gilt.

Der vorgereinigte Schrott wird nun wohldosiert und in gleich­ mäßiger Verteilung über die Breite einem Transportband 18 aufge­ geben, welches eine Magnetfeldanordnung 19 und eine Prüfeinrich­ tung 20 durchläuft. Von der Prüfeinrichtung 20 führt eine Geber­ leitung 21 zu einem Steuergerät 22, von dem eine Steuerleitung 23 abführt und in eine Impulsgeberleitung 24 mündet (die Funktion eines Impulszählwerkes 36 wird später ausführlich beschrieben).

Die Steuerleitung 23 führt zu einer Sortierweiche 25 für die Gut/Schlecht-Sortierung des vorgereinigten Schrottes, wobei die­ ser Sortierung an der Sortierweiche 25 ein Normalaustrag 26 und ein Abfallaustrag 27 zugeordnet ist, die einmal zu einer Fertig­ produktaufnahme 28 und zu einer Abfallproduktaufnahme 29 führt.

Die aus Transportband 18, Magnetfeldanordnung 19, Prüfeinrich­ tung 20 und der gesteuerten Sortierweiche 25 bestehenden Anla­ genteile bilden insgesamt im wesentlichen die letzte Magnetschei­ dung.

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Teil einer Aufbereitungsanla­ ge der sich an die vorletzte Magnetscheidung anschließt. Der vorgereinigte, im wesentlichen saubere Schrott gelangt über eine Aufgaberutsche 30 auf das Transportband 18 und zunächst in die Magnetfeldanordnung 19. Diese besteht aus einem über dem Trans­ portband 18 angeordneten oberen Permanentmagneten 31 und einem unter Transportband 18 angeordneten unteren Permanentmagneten 32. Die Prüfeinrichtung 20 ist durch ein Gehäuse 33 sorgfältig gegen äußere Magnetfelder, auch gegenüber der Magnetfeldanordnung 19 ab­ geschirmt und enthält im Innern einen stufenlos verstellbaren Halter 34, an dem zwei Magnetsonden 35, 35′ über dem Transport­ band 18 befestigt sind.

Fig. 3 zeigt nun als Draufsicht auf Fig. 2, daß einer Rolle des Transportbandes 18 ein Impulszählwerk 36 zugeordnet ist, über wel­ ches die Transportgeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt wird. Die Transportgeschwindigkeit wird über die Impulsgeberleitung 24 dem Steuergerät 22 zugeführt, in der die Geberleitung 21 der Mag­ netsonde 35 und die Geberleitung 21′ der Magnetsonde 35′ ange­ schlossen sind.

Die Steuerleitung 23 führt zu einer Stellvorrichtung 37, die auf ein Stellteil 38 der Sortierweiche 25 einwirkt.

Als Material für das Transportband 18 haben sich sowohl Bänder aus unmagnetischem Metall als auch antistatisches Bandmaterial aus Kunststoff, jeweils mit aufgeklebten Seitenführungen aus Zell­ kautschuk, bewährt.

Die Prüfung in der Prüfeinrichtung 20 erfolgt nach dem magneti­ schen Feldmeßverfahren und verwendet hier als Meßelement zur Er­ höhung der Sicherheit eine Anordnung von zwei hintereinander an­ geordneten Magnetsonden 35, 35′, deren Kern aus hochpermeablem Material besteht, welches von einer wechselstromdurchflossenen Spule umgeben ist. In einer zweiten, als Sekundärspule benutzten Spule der Magnetsonde werden die Spannungen der Grundfrequenz und deren ungeradzahlige Harmonische induziert. Läuft ein äußeres Mag­ netfeld durch, treten zusätzlich geradzahlige Harmonische der Er­ regerfrequenz auf, wovon zur Meßung nur die erste Oberwelle be­ nutzt wird. Ihre Amplitude ist ein Maß für die Stärke des auf die Magnetsonden wirkenden magnetischen Feldes eines magnetisierten ferromagnetischen Partikels. Sie wird frequenzmäßig gesiebt und über eine Verstärkeranordnung gemessen.

In Testserien mit betriebsmäßigem Durchsatz von Titanspänen wur­ den Hartmetallpartikel verschiedener Zerspanungs-Anwendungsgrup­ pen mit einer Korngröße von 0,5 mm und darüber zu 100% geortet und ausgesondert. Selbst bei Hartmetallpartikeln mit einer Korn­ größe von 0,4 mm wurde bei üblicher Bandgeschwindigkeit noch eine Sicherheit der Separation von über 90% ermittelt. Durch Herab­ setzen der Bandgeschwindigkeit des Transportbandes 18 ließen sich selbst Hartmetallpartikel von 0,4 mm Korngröße vollständig erken­ nen und ausscheiden. Ergänzende Untersuchungen haben gezeigt, daß unter den üblichen Schmelzbedingungen zum Einschmelzen von Titan­ schrott im Lichtbogenvakuumofen Hartmetallpartikel von 0,4 mm Korngröße vollständig in Lösung gehen und keine Inhomogenitäten im Werkstoff entstehen lassen. Deshalb kann auf eine weitere Ab­ senkung der Trennkorngröße verzichtet werden.

Der Durchsatz einer Aufbereitungsanlage ist in erster Linie ab­ hängig von Art und Größe der zu prüfenden Späne und, bei gegebe­ ner Bandgeschwindigkeit, von der Anzahl parallel laufender Bänder.

Claims (7)

1. Verfahren zum Aufbereiten von Schrott eines unmagnetischen Metalles oder einer unmagnetischen Metallegierung, der zumindest teilweise aus Spänen besteht und mit diesen aus der zerspanenden Bearbeitung stammende Verunreinigungen, insbesondere ferromagnetische Schneidwerkstoffpartikel enthält, durch Zerkleinern, Entfetten, Auswaschen, Trocknen und mehrfache Magnetscheidung, wobei in der vorletzten Magnetscheidung die Abscheidung von ferromagnetischen Schneidwerkstoffpartikeln durch die Mitwirkung des magnetischen Kraftfeldes selbst erfolgt, während in der letzten Magnetscheidung der Schrott nach dem Ergebnis einer magnetischen Sondierung in verwertbare Schrottpartien und noch grobe ferromagnetische Schneidwerkstoffpartikel enthaltende Schrottpartien getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrott nach der vorletzten Magnetscheidung und vor der magnetischen Sondierung der letzten Magnetscheidung kontinuierlich auf einer ebenen Transportunterlage ausgebreitet und mit der Transportunterlage durch ein Magnetfeld geführt und dabei im Schrott noch vorhandene ferromagnetische Schneidwerkstoffpartikel magnetisiert werden, anschließend mit der Transportunterlage die magnetische Sondierung durchläuft, nach der die Trennung in die verwertbaren Schrottpartien und noch grobe ferromagnetische Schneidwerkstoffpartikel enthaltenden Schrottpartien erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechen der Prüfeinrichtung durch Schneidwerkstoffpartikel ausgelöst wird, die eine Korngröße von 0,4 mm und darüber haben.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Aufbereitung von spänehaltigem Schrott eines der Metalle Hafnium, Niob und Vanadium oder einer unmagnetischen Legierung eines dieser Metalle.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Aufbereitung von Spänen eines der Leichtmetalle Aluminium und Magnesium oder einer unmagnetischen Legierung dieser Leichtmetalle.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Aufbereitung von Spänen eines der Metalle Titan und Zirkonium oder einer unmagnetischen Legierung dieser Metalle.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit Einrichtungen zum Zerkleinern, Entfetten, Auswaschen und Trocknen des Schrottes, mit mehreren Einrichtungen zur Magnetscheidung des getrockneten Schrottes, wobei beim vorletzten Magnetscheider die Abscheidung von ferromagnetischen Schneidwerkstoffpartikeln durch die Mitwirkung des magnetischen Kraftfeldes selbst erfolgt, während die letzte Einrichtung zur Magnetscheidung eine magnetische Prüfeinrichtung enthält, von deren Prüfungsergebnis eine Vorrichtung zum Abtrennen von grobe Schneidwerkstoffpartikel enthaltenden Schrottpartien abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem vorletzten Magnetscheider (16) und der magnetischen Prüfeinrichtung (20) eine Magnetanordnung (19) vorgesehen ist, in deren Magnetfeld das dem Transport des Schrottes durch das Magnetfeld der Magnetanordnung (19) und die Prüfeinrichtung (20) dienende Transportband (18) liegt.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung (19) einen über dem Transportband (18) und einen unter dem Transportband (18) angeordneten Permanentmagneten (32) aufweist, die Prüfeinrichtung (20) durch das Gehäuse (33) einen gegen äußere Magnetfelder abgeschirmten Innenraum hat, in dem über dem Transportband (18) zumindest eine Magnetsonde (35) angeordnet ist, und daß die Magnetsonde (35) über eine Geberleitung (21) an ein Steuergerät (22) angeschlossen ist, das über eine Impulsgeberleitung (24) mit einem Impulszählwerk (36) zur Erfassung der Transportgeschwindigkeit des Transportbandes (18) verbunden ist und von dem eine Steuerleitung (23) zur Stellvorrichtung (37) einer Sortierweiche führt.