DE4439397C2 - Verfahren und Elektroofen zum Erschmelzen von Stahlschrott - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erschmelzen von Stahl­ schrott nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen dazu ge­ eigneten Elektroofen nach dem Oberbegriff von Anspruch 2.

Unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes kommt dem Recycling von nicht mehr gebrauchsfähigen, alten Konsumgütern eine immer größere Bedeutung zu. Eine besonderes Mengenproblem stellen da­ bei die aus dem Verkehr gezogenen Kraftfahrzeuge dar, die bei der bisherigen Art der Entsorgung über die Altautoverwerter und Shredderbetriebe zur Zeit ganz erhebliche Mengen an nicht-metal­ lischem Shredderabfall verursachen. Dieser Abfall wurde bisher fast ausschließlich in Deponien endgelagert. Die dafür zur Ver­ fügung stehende Deponieflächen werden jedoch immer knapper, wo­ durch nicht nur Mengenprobleme sondern auch zunehmend Kostenpro­ bleme auftreten, ganz abgesehen davon, daß irgendwann einmal auch mit hohem Kostenaufwand sich Deponien nicht künstlich schaffen lassen.

Diese Probleme haben gerade in letzter Zeit zu verstärkten ge­ setzgeberischen Aktivitäten bezüglich der Entsorgung von Alt­ kraftfahrzeugen geführt, wobei vor allem auch ein Vermeidungs- und/oder Verwertungsgebot der in den heutigen Kraftfahrzeugen vorhandenen verschiedenen Materialien, metallische und nichtme­ tallische Stoffe, angestrebt wird. Dabei wird auch eine ther­ mische Verwertung oder Behandlung der nichtmetallischen Anteile bei den Altkraftfahrzeugen angesprochen, die jedoch wegen der dabei entstehenden Abgase als umweltbedenklich eingestuft wird.

Entsprechende Lösungsansätze für die vorgehend angesprochenen Probleme sind beispielsweise einem Aufsatz in der Zeitschrift "Gießerei" 80, Nr. 2 (1993), Seiten 37ff zu entnehmen. Verfahren zum Umschmelzen von Stahlschrott in einem Schmelzofen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, wobei heute weitge­ hend Elektroöfen Verwendung finden. Z.B. aus der. DE-AS 26 08 279 oder aus Aufsätzen in "Iron and Steel Engineer" Sept. (1987), Seiten 27ff, und "Metallurgical Plant and Technology" (6/1989), Seiten 20ff. Diesen Literaturdokumenten ist jedoch weder zu entnehmen, daß mit den dort angegebenen Verfahren der Shedderabfall von Kraftfahrzeugen aufgearbeitet werden kann, noch wird in irgend­ einer Weise auf eine Entsorgung der nichtmetallischen Materia­ lien von Altkraftfahrzeugen eingegangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäß zu­ grunde gelegte Stahlerschmelzungsverfahren bzw. den entsprechen­ den Elektroofen dahingehend auszugestalten, daß in umweltver­ träglicher und metallurgisch unbedenklicher Weise auch ungerei­ nigter, d. h. mit organischen Begleitstoffen - Organika - behafteter Shredderschrott verarbeitbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Patentanspruches und für den Elektroofen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

Danach wird zum Erschmelzen von organisch behaftetem Stahl­ schrott dieser der Stahlschmelze im Elektroofen über eine zweite Öffnung mittels eines zweiten Förderbandes zugeführt. Die Menge dieses Stahlschrottes beträgt dabei nur einen Bruchteil der Men­ ge des dem Schmelzofen primär zugeführten Stahlschrotts und ist im Mengenstrom bzw. -verhältnis kurzfristige rasch und gesondert steuerbar. Die von dem organisch behafteten Stahlschrott abgege­ benen Schwelgase werden in einer das Förderband umgebenden Um­ mantelung aufgefangen. Durch eine dynamische Abdichtung der Um­ mantelung nahe der Aufgabestelle für den ungereinigten Schrott wird der Zutritt von Luft in die Ummantelung vermieden und eine sauerstoffarme bzw. -freie Atmosphäre innerhalb der Ummantelung aufrechterhalten. Etwaige erwärmungsbedingt auf dem Sekundärför­ derer entstehenden Schwelgase werden in die Ofenatmosphäre ge­ leitet und zusammen mit den Ofenabgasen abgeleitet.

Die Vorrichtung zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens wird nachfolgend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 im Querschnitt eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Er­ schmelzen von gereinigten, groben Stahlschrott mittels eines Elektroofens nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 im Querschnitt eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Er­ schmelzen von gereinigtem, groben Stahlschrott und ge­ shredderten, ungereinigten, d. h. mit organischen Be­ standteilen versehenen Stahlschrott.

In Fig. 1 ist ein bisher üblicher Elektroofen 1 mit drei Elek­ troden 2 für die Stahlerschmelzung dargestellt. Der Elektroofen enthält eine die Stahlschmelze 20 aufnehmende Ofenkammer, die feuerfest ausgemauert und nach oben abzugsfrei abgeschlossen ist. Die oberhalb des Schmelzespiegels angeordneten Elektroden 2 bilden mit der Stahlschmelze 20 einen Lichtbogen. Unterhalb des Schmelzespiegels münden Sauerstoff-Zuführdüsen 9 zum Frischen des Stahles aus, von denen eine stellvertretend angedeutet ist. Der ganze Elektroofen ist um die horizontal und oberhalb des Schmelzespiegels liegende Achse 3 nach Art einer Gießpfanne schwenkbar, um Schmelze über einen nicht dargestellten Schnabel­ ausguß ausgießen zu können. Seitlich in der Ofenkammerwandung ist oberhalb des Schmelzespiegels eine ständig offene Ofenöff­ nung 21 vorgesehen, und zwar konzentrisch zur Schwenkachse 3, durch die zum einen die Ofenabgase abgezogen werden - Strömungs­ richtung 13. Andererseits wird in entgegengesetzter Richtung - Förderrichtung 12 - durch die Ofenöffnung 21 hindurch auch der zu erschmelzende Stahlschrott 4 einschließlich Schlackebildner kontinuierlich zugeführt; letzterer wird durch die Aufgabevor­ richtung 6 zudosiert. Der Stahlschrott ist relativ grob und im allgemeinen von nichtmetallischen Begleitstoffen und von Nicht­ eisenmetallen gereinigt. Der Stahlschrott wird über ein etwa ho­ rizontal verlaufendes Schrottförderband - nachfolgend "Primär­ förderband" 5 genannt - von einer bestimmten Mindestlänge zuge­ führt, welches durch die Ofenöffnung 21 in die Ofenkammer ein­ mündet. An die Ofenöffnung 21 der Ofenkammer ist eine das Pri­ märförderband nach Art eines Kamins umgebende, feuerfeste Um­ mauerung 8 gasdicht angeschlossen, welche die Ofenabgase zwecks Vorwärmung des zugeführten Stahlschrottes 4 mit letzterem im Gegenstromprinzip in wärmeaustauschenden Kontakt bringt. Die Länge der Förderstrecke zwischen Abzugsvorrichtung 7 und Ofen­ öffnung 21, also die Länge der Vorwärmstrecke ist so bemessen, daß unter Berücksichtigung der Aufgabemenge an Stahlschrott je Längeneinheit und der Fördergeschwindigkeit des Förderbandes 5 und unter Berücksichtigung der Menge, Temperatur und Strömungs­ geschwindigkeit der Ofenabgase eine möglichst umfassende Rückge­ winnung der Abwärme der Ofenabgase erfolgen kann. Nahe der Auf­ gabestelle 11 des Stahlschrottes 4 auf das Primärförderband 5 ist ein Abgasabzug 7 zum Ableiten der Abgase aus dem Elektroofen angeordnet. Zwischen dem Abgasabzug 7 und der Aufgabestelle des Stahlschrottes 4 bzw. des Schlackebildners auf das Primärförder­ band 5 ist eine das Primärförderband übergreifende dynamische Abdichtung 10 angeordnet, welche ein Austreten von Ofenabgasen an der Aufgabestelle und ein Eintritt von Luft in die Ummauerung des Primärförderbandes verhindert. Nicht nur die Ofenatmosphäre, sondern auch die Atmosphäre in der Vorwärmstrecke soll sauer­ stofffrei, zumindest aber sauerstoffarm sein.

Zur umweltverträglichen und metallurgisch unbedenklichen Verar­ beitung auch von ungereinigtem, d. h. mit organischen Begleit­ stoffen behaftetem Shredderschrott 15 ist der bekannte Elek­ troofen (Fig. 1) erfindungsgemäß entsprechend der Darstellung nach Fig. 2 ergänzt und erweitert. In der nachfolgenden, auf Fig. 2 bezüglichen Beschreibung sind gleiche Teile mit der gleiche Bezugszahl erwähnt. Seitlich in der Wandung der Ofenkam­ mer des Elektroofens 1′ nach Fig. 2 ist oberhalb des Schmelze­ spiegels eine weitere, ebenfalls ständig offene Öffnung - nach­ folgend "Sekundärschrottöffnung" 22 genannt - angeordnet. Über diese Öffnung kann geshredderter und ungereinigter, d. h. mit or­ ganischen Begleitstoffen behafteter Stahlschrott - nachfolgend "Sekundärschrott" 15 genannt - kontinuierlich in die Ofenkammer eingeführt werden. Hierzu ist ein ebenfalls etwa horizontal ver­ laufendes Schrottförderband - nachfolgend "Sekundärförderband" 14 genannt mit Förderrichtung 18 - vorgesehen, welches in die Ofenkammer einmündet. An die Sekundärschrottöffnung 22 der Ofen­ kammer ist gasdicht eine das Sekundärförderband 14 nach Art ei­ nes Kamins umgebende Ummantelung 17 angeschlossen. Das Sekundär­ förderband 14 ist nahe der Aufgabestelle des Sekundärschrotts 15 mit einer dynamischen Abdichtung 16 ausgestattet, die sowohl ei­ nen Zutritt von Luft in die Ummantelung 17 als auch einen Aus­ tritt von Ofenabgasen verhindert.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Ofenkammer in an sich bekann­ ter Weise als ganzes nach Art einer Gießpfanne schwenkbar gela­ gert ist; selbstverständlich ist sie auch mit einem entsprechen­ den Schwenkantrieb versehen. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind nicht nur das Primärförderband 5 sowie die Ofenöffnung 21 sondern auch - und zwar auf der diametral gegenüberliegenden Seite - das Sekundärförderband 14 und die Sekundärschrottöffnung 22 etwa gleichachsig zur Schwenkachse 3 der Ofenkammer angeordnet. Die Abdichtung zwischen der Ummau­ erung 8 bzw. der Ummantelung 17 der Förderbänder 5 bzw. 14 und der jeweils zugehörigen Öffnung 21 bzw. 22 ist derart ausgebil­ det und angeordnet, daß sie unter Aufrechterhaltung der Dicht­ wirkung eine Schwenkbewegung der Ofenkammer zuläßt.

Neben der in Fig. 2 dargestellten Ausbildung ist es auch denk­ bar, daß das Primärförderband und das Sekundärförderband auf der selben Seite der Ofenkammer parallel nebeneinander aber mit nach wie vor separater Ummauerung bzw. Ummantelung angeordnet sind. Die Ofenöffnung für den Primärschrott und die Sekundärschrott­ öffnung bilden dann gemeinsam eine einheitliche, runde, zur Schwenkachse der Ofenkammer konzentrisch liegende Öffnung. Die Ummauerung bzw. die Ummantelung der Förderbänder müssen bei die­ ser Ofenausbildung zumindest in der Nähe der Ofenkammer in eine gemeinsame Hüllkontur übergehen, die einheitlich, rund und zur Schwenkachse der Ofenkammer konzentrisch liegt. Die Abdichtung zur einheitlichen Öffnung in der Kammerwandung der Ofenkammer verläuft in diesem Fall entlang dieser Müllkontur.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Elektroofens 1′ ermög­ licht ein Verfahren zum gemeinsamen, kontinuierlichen Erschmel­ zen von gereinigtem und von ungereinigtem Stahlschrott und zum Frischen des erschmolzenen Stahles. Und zwar wird der geshred­ derte, ungereinigte, d. h. mit organischen Begleitstoffen behaf­ tete Sekundärschrott 15 in einem nur einen Bruchteil der Menge des gereinigten, groben Stahlschrotts (Primärschrott) ausmachen­ den Mengenstrom gesondert und für sich in der Menge steuerbar dem Erschmelzungsprozeß zugeführt. Aufgrund von Strahlungserwär­ mung des Sekundärschrotts während der Zuführung werden die darin enthaltenen organischen Begleitstoffe verschwelt und in Form von Schwelgasen freigesetzt. Durch die das Sekundärschrottband 14 umgehende Ummantelung 17 werden die Schwelgase aufgefangen, in Strömungsrichtung 19 in die Ofenatmosphäre geleitet und gemein­ sam mit den Ofenabgasen abgezogen und zur Vorwärmung des Primär­ schrottes genutzt. Aufgrund der dynamischen Abdichtung 16 des Sekundärschrottbandes 14 nahe der Aufgabestelle wird ein Ein­ tritt von Luft in die Ummantelung des Sekundärschrottbandes ver­ mieden und auch darin eine sauerstoffverarmte bis sauerstoff­ freie Atmosphäre aufrechterhalten. Ein Verbrennen der Schwelgase oder gar der Organika des Schrottes wird - was erforderlich ist - dadurch vermieden. Die Fördermenge und Fördergeschwindigkeit des Sekundärschrottes ist so bemessen, daß bis zum Eintritt des Sekundärschrottes in die Ofenkammer die Organika zumindest nahe­ zu vollständig verschwelt sind und nur noch Schwelrückstände am Sekundärschrott haften, die gemeinsam mit der Schlacke abgezogen werden können. Es tritt also nur gereinigter Schrott in die Schmelze ein. Die Schwelgase gelangen in die Ofenatmosphäre, die - abgesehen von der kurzen Zeit des Frischens - sauerstofffrei ist oder in der zumindest Sauerstoffmangel herrscht. Dadurch werden die Schwelgase auch in der Ofenatmosphäre nicht oder höchstens unwesentlich verändert; vielmehr werden sie gemeinsam mit den Ofenabgasen über die Vorwärmstrecke im Bereich des Förderbandes 5 und die Abgas-Abzugsvorrichtung 7 abgezogen und in einer nicht näher dargestellten Abgasbehandlungsanlage behandelt und gereinigt, von wo aus sie schließlich in umweltneutraler Art in die Atmosphäre entlassen werden können.

Die mit dem anspruchsgemäßen Verfahren bzw. dem entsprechenden Elektroofen erreichbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß eine einfache, jederzeit veränderbare und auch sofort wirksam werdende Mengensteuerung des zugeführten Anteils an geshredder­ ten, ungereinigten Stahlschrott gegeben ist. Dadurch können die den Sekundärschrott begleitenden Organika kontrolliert und auf einfache Weise vor Eintritt des Schrotts in die Schmelze ver­ schwelt werden. Trotz der dabei anfallenden Schwelgase entstehen nur geringe oder fast gar keine Abluft- bzw. Abgasprobleme. Es entstehen keine unkontrollierten Verbrennungsreaktionen in dem Fördertunnel für den gereinigten, groben Stahlschrott und es kommt zu keinen Kondensationserscheinungen von Schwelgasen in dem Abgasabzug. In die Schmelze gelangt nur gereinigter Schrott.

Claims (6)

1. Verfahren zum Erschmelzen von Stahlschrott und zum Frischen des erschmolzenen Stahles in einem Elektroofen, welcher eine die Stahlschmelze aufnehmende, feuerfest ausgemauerte, nach oben ab­ zugsfrei abgeschlossene Ofenkammer aufweist, in der oberhalb des Schmelzespiegels mit der Stahlschmelze Lichtbogen bildende Elek­ troden angeordnet sind und welcher Elektroofen ferner unterhalb des Schmelzespiegels ausmündende Sauerstoff-Zuführdüsen enthält, in welchem Verfahren folgende Schritte vorgenommen werden:

• - gereinigter, grober Stahlschrott und Schlackebildner werden über ein etwa horizontal verlaufendes Schrottförderband von einer bestimmten Mindestlänge und über eine seitlich in der Ofenkammer oberhalb des Schmelzespiegels angeordnete, stän­ dig offene und zugleich als Abgas-Abzugsöffnung dienende Öff­ nung dem Erschmelzungsprozeß zugeführt,
• - die heißen, die sauerstoffverarmte bis sauerstofffreie Ofen­ atmosphäre nur durch die Abgas-Abzugsöffnung verlassenden Ofenabgase werden aufgrund einer an die Abgas-Abzugsöffnung gasdicht angeschlossenen, das Schrottförderband nach Art eines Kamins umgebenden, feuerfesten Ummantelung mit dem zu­ geführten Stahlschrott in einem wärmeaustauschenden Kontakt gebracht und der Stahlschrott dadurch im Gegenstromprinzip vorgewärmt,

gekennzeichnet durch die folgenden, weite­ ren Verfahrensschritte:

• - über eine weitere seitlich in der Kammerwandung des Elek­ troofens (1′) und oberhalb des Schmelzespiegels angeordnete Sekundärschrottöffnung (22) und über ein in diese Öffnung einmündendes weiteres Sekundär­ schrottförderband (14) wird geshredderter, ungereinigter, d. h. mit organischen Begleitstoffen behafteter Sekundärschrott (15) in einem nur einen Bruchteil der Menge des gereinigten, groben Primärschrotts (4) aus­ machenden und gesondert steuerbaren Mengenstrom dem Erschmel­ zungsprozeß zugeführt,
• - die während der Zuführung aufgrund von Strahlungserwärmung des Sekundärschrotts (15) und der organischen Begleitstoffe von letzteren freigesetzten Schwelgase werben durch eine das Sekundärschrottband (14) umgehende Ummantelung (17) aufgefan­ gen, in die Ofenatmosphäre geleitet und gemeinsam mit den Ofenabgasen abgezogen,
• - aufgrund einer dynamischen Abdichtung (16) des Sekundär­ schrottbandes (14) nahe der Aufgabestelle wird ein Eintritt von Luft in die Ummantelung (17) des Sekundärschrottbandes (14) vermieden und auch darin eine sauerstoffverarmte bis sauerstofffreie Atmosphäre aufrechterhalten.

2. Elektroofen,

• - mit einer die Stahlschmelze aufnehmenden, feuerfest ausgemau­ erten, nach oben abzugsfrei abgeschlossenen Ofenkammer, in der oberhalb des Schmelzespiegels Elektroden angeordnet sind, die mit der Stahlschmelze Lichtbogen bilden,
• - ferner mit unterhalb des Schmelzespiegels ausmündenden Sauer­ stoff-Zuführdüsen,
• - mit einer seitlich in der Ofenkammerwandung oberhalb des Schmelzespiegels ständig offenen Abgas-Abzugsöffnung, durch die hindurch ein etwa horizontal verlaufendes Primärförderband von einer be­ stimmten Mindestlänge einmündet, über das gereinigter, grober Stahlschrott und Schlackebildner der Ofenkammer zuführbar sind,
• - mit einer an die Abgas-Abzugsöffnung der Ofenkammer gasdicht angeschlossenen, das Primärförderband nach Art eines Kamins umgebenden, feuerfesten Ummauerung, welches die Ofenabgase zwecks Vorwärmung des zugeführten Stahlschrottes mit letz­ terem im Gegenstromprinzip in wärmeaustauschendem Kontakt bringt,
• - mit einem nahe der Aufgabestelle des Stahlschrottes auf das Primärförderband angeordneten Abgasabzug zum Ableiten der Ab­ gase aus dem Elektroofen und
• - mit einer das Primärförderband übergreifenden dynamischen Ab­ dichtung, die zwischen dem Abgasabzug und der Aufgabestelle des Stahlschrottes auf das Primärförderband angeordnet ist, welche ein Austreten von Ofenabgasen an der Aufgabestelle und ein Eintritt von Luft in die Ummauerung des Primärförderban­ des verhindert,

insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Merkmale:

• - seitlich in der Wandung der Ofenkammer (1′) ist oberhalb des Schmelzespiegels eine ebenfalls ständig offene Sekundärschrottöffnung (22) angeordnet, über die ein ebenfalls etwa horizontal verlaufendes Sekundärförderband (14) genannt in die Ofenkammer (1′) einmündet, über das geshredderter und ungereinigter, d. h. mit organischen Begleitstoffen behafteter Stahlschrott (15) in die Ofenkammer (1′) einführbar ist,
• - an die Sekundärschrottöffnung (22) der Ofenkammer (1′) ist gasdicht eine das Sekundärförderband (14) nach Art eines Ka­ mins umgebende Ummantelung (17) angeschlossen,
• - das Sekundärförderband (14) ist nahe seiner Aufgabestelle mit einer dynamischen Abdichtung (16) ausgestattet, die sowohl einen Zutritt von Luft in die Ummantelung (17) als auch einen Austritt von Ofenabgasen verhindert.

3. Elektroofen nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit fol­ gender Merkmale:

• - die Ofenkammer (1′) ist in an sich bekannter Weise als ganzes nach Art einer Gießpfanne schwenkbar (Schwenkachse 3) gelagert und mit einem entsprechenden Schwenkantrieb versehen,
• - das Primärförderband (5) sowie die Ofenöffnung (21) zum einen und das Sekundärförderband (14) und die Sekundärschrottöffnung (22) zum anderen sind etwa gleichachsig zur Schwenkachse (3) der Ofenkammer (1′) angeordnet,
• - wobei die Abdichtung zwischen der Ummauerung (8) bzw. der Ummantelung (17) der Förderbänder (5 bzw. 14) und der jeweils zugehörigen Ofenöffnung (21) bzw. der Sekundärschrottöffnung derart ausgebildet und angeordnet ist, daß sie unter Aufrechterhaltung der Dichtwirkung eine Schwenkbewegung der Ofenkammer (1′) zuläßt.

4. Elektroofen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit fol­ gender Merkmale:

• - das Primärförderband und das Sekundärförderband sind auf der selben Seite der Ofenkammer parallel nebeneinander aber mit nach wie vor separater Ummauerung bzw. Ummantelung angeordnet,
• - die Abgas-Abzugsöffnung und die Sekundärschrottöffnung bilden gemeinsam eine einheitliche, runde, zur Schwenkachse der Ofenkammer konzentrisch liegende Öffnung,
• - die Ummauerung bzw. die Ummantelung der Förderbänder gehen zumindest in der Nähe der Ofenkammer in eine gemeinsame, ein­ heitliche, runde, zur Schwenkachse der Ofenkammer konzen­ trisch liegende Hüllkontur über, entlang der die Abdichtung zur einheitlichen Öffnung in der Kammerwandung der Ofenkammer verläuft.