DE4424324A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einschmelzen von Kunststoffe enthaltendem Schrott - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Einschmel­ zen von Kunststoffe enthaltendem Schrott, insbesondere von zu Schrottpaketen kom­ paktiertem Automobilschrott, in einem Lichtbogenofen.

Die Verwendung von Automobilschrott bei der Stahlherstellung stellt einen umfassenden Beitrag zum Recycling von Automobilschrott dar. Hierbei ergeben sich jedoch besondere Probleme, deren Ursache zum einen in der heterogenen Zusammensetzung von Automo­ bilschrott und zum anderen in der besonderen, paketartigen Form des zu chargierenden Automobilschrotts liegen. Automobilschrott weist in der Regel einen relativ hohen, häufig über 5% liegenden Anteil an nicht-metallischen Stoffen, insbesondere Kunststoffen, auf. Dies führt zur Ausbildung von großen, häufig giftigen Gasmengen im Ofengefäß, die entsprechend großdimensionierte Entgiftungs- und Filteranlagen notwendig machen, um Automobilschrott bei der Stahlherstellung verarbeiten zu können. Insbesondere bei der Herstellung von Stählen in Elektrolichtbogenöfen stellt darüber hinaus die in der Regel paketartige Form des Automobilschrotts ein besonderes Problem dar, da darauf zu achten ist, daß die Stabelektroden beim Chargieren nicht beschädigt werden.

Aus der WO 93/13228 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Schrott bekannt, bei dem bzw. der die Automobilschrottpakete über ein Chargierrohr, das durch den Deckel des Lichtbogenofens geführt ist, chargiert werden. Dabei dient das Chargierrohr zum einen dazu, ein Einstürzen einer aus Automobilschrottpaketen gebildeten Schrottsäule zu verhindern, und zum anderen, um eine Vorwärmung der Chargiergutsäule im Wärmeaustausch mit den heißen Gasen des Ofens zu ermöglichen.

Bei der bekannten Vorrichtung werden die Abgase im Gegenstrom zu den zugeführten Automobilschrottpaketen geführt und wärmen diese somit auf Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur auf, wobei bekanntermaßen im Temperaturbereich zwischen 300 und 700°C besonders unangenehme Geruchs- und Giftstoffe frei werden, die durch Entgif­ tungs- und Filteranlagen entfernt werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vor­ richtung verfügbar zu machen, bei dem bzw. bei der eine Chargierung von nicht-metalli­ schen Anteilen, insbesondere von Kunststoffe enthaltendem Schrott, möglich ist, ohne daß hierfür großdimensionierte Entgiftungs- und Filteranlagen erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch die unmittelbare Zugabe des nicht-metallische Anteile enthaltenden Schrotts, insbesondere von Automobilschrott­ paketen, in die flüssige Schmelze, diesen Schrott so schnell aufzuheizen, daß die in ihm enthaltenen Schadstoffanteile, die in erster Linie durch die darin enthaltenen Kunststoffe gebildet sind, im wesentlichen ohne die Ausbildung von giftigen und schädlichen Abgasen verbrannt werden und die dabei frei werdende thermische Energie zur Aufheizung des Schmelzbades benutzt wird. Neben dem kunststoffhaltigen Schrott wird Industrieschrott chargiert, wobei unter Industrieschrott ein hüttenwerksgerechter Normalschrott verstanden werden soll. Hierdurch wird einerseits die Möglichkeit einer Schrottvorwärmung eröffnet - der kunststoffhaltige Schrott darf wegen der Entwicklung giftiger Schadstoffe nicht vorgewärmt werden - und andererseits die Einstellung der Stahlzusammensetzung erleich­ tert. Wie sich in Versuchen herausgestellt hat, sind hinsichtlich der im Schmelzbad verblei­ benden Schadstoffe bzw. Schadstoffrückstände besonders gute Ergebnisse erzielbar, wenn 40 bis 70% der insgesamt chargierten Schrottmenge in Form von Industrieschrott zu­ gegeben werden.

Beim Abstechen des Ofens wird im Ofengefäß vorzugsweise eine Restschmelze von 20% bis 50% der Gesamtmenge des Schmelzbades belassen und zunächst der Industrieschrott, vorzugsweise vorerhitzt, chargiert.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Automobilschrottpakete bei einer Badtemperatur zwischen 1500° und 1600°C, insbesondere zwischen 1530° und 1570°C, chargiert werden. Auf diese Weise läßt sich trotz der in den Automobilschrottpaketen enthaltenen nicht-metallischen Anteile noch eine gut reagierende Schlacke des Schmelzbades einstellen.

Vorzugsweise erfolgt die Chargierung des Industrieschrotts über einen seitlich am Ofenge­ fäß angeordneten Chargierschacht und die Chargierung der Automobilschrottpakete über eine seitliche Ofengefäßöffnung. Durch diese Chargierweise und eine vollständige Abdich­ tung zwischen dem Deckel und dem Ofengefäß wird die ohnehin schon auf Grund der weitgehend vollständigen Verbrennung der nicht-metallischen Anteile der Automobil­ schrottpakete gegenüber dem bekannten Verfahren erheblich reduzierte Menge an Ofen­ abgasen noch weiter reduziert, so daß notwendige Filteranlagen entsprechend kleiner dimensioniert und damit kostengünstiger ausgeführt werden können.

Wenn eine Vorwärmung des Industrieschrotts vor dessen Chargierung in das Ofengefäß erfolgt, kann die für das Schmelzverfahren benötigte Schmelzenergie reduziert werden.

Um auch bei der Chargierung großer Mengen von Automobilschrottpaketen eine Beschädi­ gung der Stabelektroden in jedem Fall auszuschließen, kann die Chargierung der Automo­ bilschrottpakete über eine an die Badoberfläche reichende, etwa als Aufgabeschurre ausgebildete Aufgabeeinrichtung erfolgen. Auf diese Art und Weise werden die einzelnen Automobilschrottpakete bis zum Eintauchen in das Schmelzbad geführt.

Nach der Chargierung der vorbestimmten Automobilschrottpaketinenge kann eine Nach­ chargierung mit Industrieschrott erfolgen, um den Maximalwert an unerwünschten Elemen­ ten in der Schmelze zu begrenzen.

Durch Einblasen von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen unterhalb des Schachts und oberhalb der Schmelze können in den Abgasen noch enthaltende Schadstoffe durch Nach­ verbrennung beseitigt werden.

Um ein möglichst schnelles Einschmelzen der unmittelbar in die flüssige Schmelze gegebe­ nen Automobilschrottpakete zu ermöglichen, kann das Ofengefäß mit Bodenspülsteinen zur Unterbadzuführung von Sauerstoff oder N₂ in das Schmelzbad versehen sein.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Einschmelzaggregates mit einem Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens gemäß dieser Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene rechte Seitenansicht dieses Einschmelzaggregates;

Fig. 1 zeigt einen Schmelzofen 10, der ein Ofengefäß 11 mit einem darauf angeordneten Gefäßdeckel 12 aufweist. Das Ofengefäß 11 wird von einem auf der Ofenwiege 13 angeordneten Gefaßunterbau 14 aufgenommen. Bei einer Kippbewegung des Ofengefäßes 11 aus der Zeichenebene rollt die Ofenwiege 13 auf Wälzbahnen 15. Zur Durchführung der Kippbewegung sind Stellorgane 35 (siehe Fig. 2) vorgesehen, die am Gefäßunterbau 14 angreifen, und je nach Bedarf das Ofengefäß 11 nach vorn oder hinten kippen.

Der Gefäßdeckel 2 ist zusammen mit einem Schacht 16 in einer Haltekonstruktion 17 angeordnet. Der Schacht 16 ist an seinem oberen Ende mit einer Beschickungsöffnung 18 versehen, die mittels eines auf Schienen 19 geführten Schachtdeckels 20 verschließbar ist. Unterhalb des Schachtdeckels 20 ist eine Ofengasabführung 21 vorgesehen, die in einem Verbindungsbereich 22 in ein Entsorgungsleitungssystem 23 mündet. Die Ofengasabfüh­ rung 21 ist aus einem Oberteil 24 und einem Unterteil 25 gebildet, die mit der Haltekon­ struktion 17 bzw. dem Gefäßunterbau 14 über Halterungen verbunden sind. Unterhalb des Ofengefäßes 11 befindet sich eine Pfanne 26 zur Auftume der Schmelze beim Abstich des Ofengefäßes 11. Oberhalb der Beschickungsöffnung 18 des Schachtes 16 ist ein Chargier­ gutbehälter 27 zum Chargieren von Einsatzmaterial in den Schacht 16 vorgesehen.

Zum Beheizen des Schmelzofens 10 sind drei Stabelektroden 28 vorgesehen, von denen in Fig. 1 eine im in das Ofengefäß eingefahrenen Zustand und eine im aus dem Ofengefäß ausgefahrenen Zustand dargestellt ist. Jede Stabelektrode ist an einem Elektrodenstabarm 29 befestigt, der mittels einer diesem zugeordneten Elektrodenhubeinrichtung 30 anhebbar und absenkbar ist. Die Stabelektroden 28 sind durch Elektrodendurchführungen im Gefäß­ deckel 12 in das Ofengefäß einführbar.

Zum Beheizen des Einsatzmaterials des Schmelzofens 10 sind außerdem erste Brenner 31 vorgesehen, die unterhalb des Schachtes 16 in das Ofengefäß 11 münden und längs des Umfangs des Ofengefäßes verteilt angeordnet sind. Diese ersten Brenner 31 dienen zum Vorheizen des Einsatzmaterials in der Vorheizphase und gegebenenfalls zur Zufuhr zusätzlicher Wärmeenergie in der Schmelzphase. Außerdem dienen sie der Nachver­ brennung, wenn sie mit Sauerstoffüberschuß betrieben werden.

Neben den ersten Brennern 31 sind außerdem zweite Brenner 32 vorgesehen, die im oberen Bereich des Schachtes 16 in diesen münden und zur Nachverbrennung der in die Ofengasabführung 21 eingeleiteten Abgase dieses Schachtes bzw. zur Erhitzung dieser Abgase auf eine Temperatur oberhalb 600°C dienen. Diese Brenner könnten auch in einem Abschnitt der Ofengasabführung 21 angeordnet sein, da sie dazu dienen, mit Schadstoff belastete Abgase vor dem Eintritt in die Entsorgungsleitung bzw. das Filterhaus durch Temperaturerhöhung von diesen Stoffen zu befreien. Es kann ein zweiter Brenner, es können aber auch mehrere dieser Brenner im oberen Schachtbereich vorgesehen sein.

Im Boden des Ofengefäßes 11 ist wenigstens ein Gasspülstein 33 angeordnet durch den Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltige Gase einblasbar sind. Der bzw. die Gasspülsteine sind zweckmäßig unsymmetrisch auf der Seite des Ofengefäßes angeordnet, an der sich der Schacht befindet, um im Grenzbereich zwischen der sich am Gefäßboden abstützenden Chargiergutsäule und dem flüssigen Sumpf für eine gute Durchmischung und zusätzliche Erhitzung zu sorgen. Vorzugsweise sind im unteren Bereich des Schachtes 6 oberhalb des Deckels schwenkbare Sperrorgane 34 angeordnet, die es ermöglichen im Schacht eine Chargiergutsäule zurückzuhalten, um diese durch die durch den Schacht 16 hindurch­ geführten heißen Ofenabgase aufzuheizen. Die schwenkbaren Sperrorgane 34 sind vorzugs­ weise als parallel angeordnete Finger ausgebildet, die aus der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung, in der das Chargiergut zurückgehalten wird, nach unten in eine Freigabe­ stellung verschwenkt werden können, in der der Durchtritt durch den Schacht freigegeben wird.

Die Ansicht gemäß Fig. 2 läßt die exzentrisch angeordnete Abstichöffnung 37 erkennen und außerdem in schematischer Darstellung eine durch die Arbeitsöffnung 38 des Ofenge­ fäßes eingeführte Aufgabeschurre 39 für den kunststoffhaltigen Schrott, der in Form von Schrottpaketen bis unmittelbar über die Schmelze in das Ofengefäß eingeführt wird.

In der Zeichnung ist der Ausgangszustand des erfindungsgemäßen Einschmelzverfahrens gezeigt, bei dem sich im Ofengefäß 11 noch eine Restschmelze von etwa 50% eines vorhergehenden Schmelprozesses befindet. Der oberhalb der Sperrorgane 34 im Schacht 16 aufgenommene Industrieschrott 36, der durch die Ofengase des vorhergehenden Ein­ schmelzprozesses aufgewärmt ist, wird in einer Menge von 40 bis 70% des insgesamt der Restschmelze zuzugebenden Schrottgewichts durch Schwenken der Sperrorgane 34 zuchar­ giert.

Durch den Chargiervorgang kühlt sich die Restschmelze auf eine Temperatur von etwa 1500 bis 1530°C ab, da nur die Sohle der chargierten Industrieschrottmenge in die Restschmelze eintaucht. Nach dem Chargieren werden die Stabelektroden 28 gezündet und der Schmelzprozeß beginnt. Wenn eine Badtemperatur von etwa 1550°C erreicht ist, so daß eine gute Schaumschlackenbildung möglich ist, wird die Aufgabeschurre 39 durch die Arbeitsöffnung 38 des Ofengefäßes 11 eingeführt und es werden über die Aufgabeschurre Automobilschrottpakete direkt in das Schmelzbad chargiert. Dabei befindet sich das Abgabeende der verschwenkbaren Aufgabeschurre 39 in geringer Aufgabehöhe dicht benachbart zur Badoberfläche, so daß die einzelnen Automobilschrottpakete kontrolliert in das Schmelzbad gegeben werden können und eine Beschädigung der Stabelektroden 28 sicher vermieden wird.

Die Chargierung der Automobilschrottpakete erfolgt in Teilmengen und wird so gesteuert, daß die Badtemperatur im Hinblick auf eine gut reagierende Schlacke etwa zwischen 1530 und 1570°C gehalten wird.

Durch das Eintauchen der Automobilschrottpakete in das flüssige Bad erfolgt ein außer­ ordentlich schnelles Aufheizen der Pakete in Verbindung auch mit der Sauerstoffzufuhr durch die Gasspülsteine 33. Die in den Paketen enthaltenen brennbaren Stoffe werden energetisch zur Reduzierung der dem Schmelzbad zuzuführenden Schmelzenergie genutzt. Entstehende Abgase werden durch die hohe Gastemperatur im Ofenraum gecrackt oder verbrannt. Durch Einblasen von Sauerstoff durch die Düsen 31 unterhalb des Schachtes 16 ist eine Nachverbrennung und weitere Energiezufuhr in diesem Bereich möglich. In Versuchen hat sich herausgestellt, daß abhängig von der zugeführten Primärenergie in Form von Kohlenstoff und Sauerstoff sowie der Brennerleistung etwa 30 bis 60 kg Auto­ mobilschrott pro Minute und Megawatt zugeführt werden können.

Ist der in die Restschmelze chargierte Industrieschrott 36 geschmolzen und die vorgesehene Menge an Automobilschrottpaketen zuchargiert, um das Abstichgewicht unter Berück­ sichtigung der im Ofengefäß zurückbleibenden Restschmelze zu erreichen, wird das Bad auf die Abstichtemperatur von ca. 1600 bis 1650°C gebracht. Dabei wird die nächste in den Schacht 16 chargierte und von den Sperrorganen 34 zurückgehaltene Industrieschrott­ menge 36 vorgewärmt. Auf diese Art und Weise wird die während der Feinungsphase frei werdende Abgasenergie voll genutzt.

In Abwandlung von der vorhergehend beschriebenen Verfahrensweise, bei der eine vorgegebene Industrieschrottmenge 36 der Restschmelze zuchargiert wird, ist es auch möglich, die insgesamt zuchargierte Industrieschrottmenge in Abhängigkeit von Meßwerten festzulegen, die bei Schmelzenanalysen während des Schmelzprozesses ermittelt werden. Auf diese Art und Weise kann die Industrieschrottmenge dazu genutzt werden, bestimmte, vorher festzulegende Grenzwerte für die aus den Automobilschrottpaketen stammenden Verunreinigungen in der Schmelze einzustellen. Dabei kann ein konstantes Abstichgewicht dadurch aufrechterhalten werden, daß eine entsprechend größere oder kleinere Restschmel­ ze nach dem Abstich im Ofengefäß 11 verbleibt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Einschmelzen von Kunststoffe enthaltendem Schrott, ins­ besondere von zu Schrottpaketen kompaktiertem Automobilschrott, bei dem der kunststoff­ haltige Schrott und Industrieschrott in einem Lichtbogenofen chargiert und eingeschmolzen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der kunststoffhaltige Schrott unmittel­ bar in ein Schmelzbad des Lichtbogenofens chargiert und dort eingeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kunststoffhaltige Schrott bei einer Schmelzbadtemperatur zwischen 1500° und 1600°C, vorzugsweise zwischen 1530° und 1570°C chargiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Industrieschrott mit den Abgasen des Lichtbogenofens vorgewärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Industrieschrott über einen seitlich am Ofengefäß angeordneten Schacht chargiert wird, über den die heißen Ofengase abgeleitet werden, und daß der kunststoffhaltige Schrott durch eine seitliche Ofengefäßöffnung unmittelbar in das Schmelz­ bad chargiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der kunststoffhaltige Schrott über eine bis zur Badoberfläche reichende Aufgabeschurre durch eine seitliche Ofengefäßöffnung chargiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Abstechen des Schmelzofens im Ofengefäß eine Restschmelze von 20 bis 50% der Gesamtschmelze belassen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch eine Unterbadeinblasvorrichtung Sauerstoff oder sauerstoff­ haltige Gase in das Schmelzbad eingeblasen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß 40 bis 70% des Schrottgewichts als Industrieschrott hinzuchargiert werden.