DE69110298T2 - Behandlung von schlacken in einem lichtbogendrehofen. - Google Patents
Behandlung von schlacken in einem lichtbogendrehofen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur Verarbeitung von Metalle enthaltenden Schlacken bei hoher Temperatur zur Rückgewinnung der Metalle zum Gegenstand.
- Insbesondere hat die Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung von Schlacken von Metallen, insbesondere Aluminium, in einem Rotor- oder Schaukelofen zur Rückgewinnung dieser Metalle zum Gegenstand.
- In der folgenden Beschreibung wird nur Aluminium ausdrücklich erwähnt. Wenn auch die Rückgewinnung dieses sehr speziellen Metalls aus der an der Oberfläche von Aluminiumbädern entstehenden Schlacke tatsächlich eine der wichtigsten Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, so sei doch darauf hingewiesen, daß die beschriebene und beanspruchte Erfindung nicht als nur auf dieses Metall eingeschränkt betrachtet werden darf, da das Verfahren auf die Rückgewinnung anderer Metalle anwendbar ist.
- Das durch elektrolytische Reduktion von Aluminiumoxid erzeugte Aluminium wird in sogenannte "Warmhalteöfen" geleitet, wo das Metall flüssig gehalten wird, bevor es Walz- oder anderen Verarbeitungseinheiten zugeführt wird. Während dieses "Warmhaltens" bildet sich an der Oberfläche des Metalls ein Schaum aus Aluminium und Aluminiumoxid, hierunter mit "Schlacke" (dross) bezeichnet. Die so erzeugte Schlacke, die bis zu 5% des Bades geschmolzenen Metalls ausmachen kann, enthält eine erhebliche Menge Aluminium, in der Größenordnung von 50%, die rückzugewinnen selbstverständlich aus offensichtlichen ökonomischen Gründen interessant ist. Diese Rückgewinnung kann in der Praxis durch Verarbeitung der Schlacke in einem Ofen bei hoher Temperatur erfolgen.
- Zu diesem Zweck wurden mehrere Öfen entwickelt und werden in Aluminiumwerken geläufig verwendet. Nach Kenntnis des Anmelders werden die existierenden Öfen ausschließlich durch Heizöl-, Gasfackeln oder Plasmabrenner beheizt.
- Die Verwendung von Heizöl- oder Gasfackeln zur Erhitzung der Schlacke in einem Ofen zur Extraktion des in der Schlacke enthaltenen Aluminiums hat den Nachteil, daß zur Erhöhung der Menge rückgewonnenen Aluminiums Flußmittel zugesetzt werden müssen.
- Die Verwendung eines Plasmabrenners, wie sie im kanadischen Patent Nr. 1.255.914, am 20. April 1990 der Firma Alcan International Ltd. erteilt, vorgeschlagen wird, erlaubt es, dem oben genannten Nachteil Abhilfe zu schaffen. Die Verwendung eines Plasmabrenners erlaubt nämlich, im Ofen höhere Temperaturen zu erreichen und dadurch, den Zusatz von Flußmitteln zu vermeiden. Die Verwendung von Plasmabrennern hat jedoch einen Nachteil, der gerade auf der Konstruktion der existierenden Brenner beruht, die mit Wasser gekühlt werden. Im Fall eines Wasseraustritts können starke Explosionen entstehen, die schwere Unfälle verursachen können.
- Im oben erwähnten kanadischen Patent Nr. 1.255.914 wird vor allem vorgeschlagen, den Plasmabrenner mit geblasenem Lichtbogen zu betreiben. Auf Seite 6 der Beschreibung wird allerdings erwähnt, daß der Brenner in bestimmten Fällen gegebenenfalls mit verlagertem Lichtbogen betrieben werden kann. Dieses Patent erklärt jedoch weder, wie eine derartige Verlagerung in der Praxis erfolgen kann, noch die Vorteile, die sich daraus ergeben könnten.
- Jedenfalls wird in beiden Fällen zur Erzeugung des Lichtbogens ein Plasmabrenner verwendet, der notwendigerweise mit Wasser gekühlt werden muß, mit den Nachteilen, die dies nach sich ziehen kann.
- Die vorliegende Erfindung hat ein neues Verfahren zur Verarbeitung der Schlacke eines Metalls, insbesondere von Aluminium, zur Rückgewinnung des darin enthaltenen Metalls zum Gegenstand, wobei dieses Verfahren es erlaubt, allen oben erwähnten Nachteilen Abhilfe zu schaffen.
- Insbesondere hat die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung der Schlacke eines Metalls mit Hilfe eines Rotor- oder Schaukelofens zum Gegenstand, das wesentlich weniger umweltbelastend ist, da es keinen Zusatz von Flußmittel erfordert, und wesentlich ökonomischer, da es keine erheblichen Mengen kostspieligen plasmagenen Gases erfordert, wie im Fall der Verwendung eines Plasmabrenners.
- Die Erfindung hat ebenfalls ein Verfahren zur Verarbeitung der Schlacke eines Metalls zum Gegenstand, das wesentlich sicherer ist, da kein Teil mit Wasser gekühlt werden muß und es daher keine Explosionsgefahr im Fall eines Lecks gibt.
- Die Erfindung hat außerdem ein Verfahren zur Verarbeitung der Schlacke eines Metalls zum Gegenstand, das effektiver ist, als alle zur Zeit bekannten, inklusiver des Verfahrens, in dem ein Plasmabrenner verwendet wird, da einerseits die Heizung im wesentlichen durch Strahlung und nicht durch Konvektion erfolgt, und da es andererseits keine Wärmeverluste durch Wasserkühlung der Brenner oder Austritt erheblicher Mengen an Verbrennungsgasen aus dem Ofen bei Verwendung der anderen Brenner gibt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung von Schlacke eines Metalls zur Rückgewinnung dieses Metalls, das in der Schlacke enthalten ist, ist der Art, in dem
- - die zu verarbeitende Schlacke in einen Rotor- oder Schaukelofen mit einer im Betrieb horizontalen Längsachse eingebracht wird,
- - die Schlacke im Ofen auf eine Temperatur erhitzt wird, die über der Schmelztemperatur des rückzugewinnenden Metalls liegt,
- - der Ofen um seine Längsachse rotieren oder oszillieren gelassen wird, während die Schlacke erhitzt wird, um die Trennung des Metalls von der schlacke zu erleichtern,
- - dem Ofen das von der Schlacke getrennte Metall entnommen wird und
- - dem Ofen anschließend die verbleibende Schlacke entnommen wird.
- Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Ofen ein Lichtbogenofen ist, der zwei einander gegenüberliegende Elektroden aufweist, zwischen denen ein Lichtbogen gezündet und aufrechterhalten wird, um die Beheizung sicherzustellen. Diese beiden Elektroden liegen auf der Längsachse des Ofens.
- Die Rotation oder Oszillation des Ofens kann in der Größenordnung von 1 bis 20 Umdrehungen oder Oszillationen pro Minute liegen und liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 10 Umdrehungen pro Minute.
- Diese Rotation oder Oszillation kann kontinuierlich oder intermittierend erfolgen.
- Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die beiden verwendeten Elektroden aus Graphit bestehen und nicht wassergekühlt sind. Vorzugsweise sind diese beiden Elektroden an den beiden Enden der Längsachse des Ofens derart angebracht, daß sie entsprechend ihrer Abnutzung gegeneinander vorgeschoben werden können. Dies macht die Konstruktion des erfindungsgemäß verwendeten Ofens dem den Metallurgen bekannten Lichtbogenofen vom Mazieres-Typ in der Praxis sehr ähnlich.
- Zur Stabilisierung des Lichtbogens der Längsachse entlang kann mindestens eine der beiden Elektroden mit einem kleinen axialen Loch versehen sein, durch das ein plasmagenes Gas, bei dem es sich um Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid oder auch Luft handeln kann, eingelassen werden kann. Wie man sieht, wird im erfindungsgemäßen Verfahren ein Lichtbogenofen verwendet, der nur einen minimalen und wahlweisen Einsatz plasmagenen Gases erfordert, anders, als der Ofen, der durch einen Plasmabrenner geheizt wird, bei dem die Menge plasmagenen Gases notwendigerweise sehr groß ist.
- Da der Ofen ein Lichtbogenofen ist, erfolgt die Heizung der Schlacke direkt durch Strahlung, anders als beim Ofen mit Plasmabrenner, bei dem die Heizung durch Konvektion erfolgt, wobei das erhitzte plasmagene Gas aus der Fackel entweicht.
- Da der Lichtbogen zwischen zwei festen Graphitelektroden erzeugt wird, ist keine Wasserkühlung erforderlich. Dadurch wird also von vornherein jedes Explosionsrisiko vermieden.
- Die Erfindung und ihre verschiedenen Vorteile werden deutlicher aus der folgenden detaillierteren aber nicht einschränkenden Beschreibung der Art hervorgehen, in der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
- Wie oben angegeben, verwendet das erfindungsgemäße Verfahren einen Lichtbogenofen vom Rotor- oder Schaukelofentyp. Bei diesem Lichtbogenofen handelt es sich vorzugsweise um eine Innenkammer im wesentlichen ovaler Form, deren große Achse, hierunter Längsachse genannt, horizontal ist. Selbstverständlich ist dieser Ofen mit Mitteln versehen, die es ermöglichen, ihn zur Rotation vorzugsweise um seine Längsachse anzutreiben.
- Verschiedene Typen von Rotoröfen mit Lichtbogen sind bereits entwickelt worden und werden zur Zeit in der Metallurgie verwendet. Als Beispiel für derartige Öfen sei insbesondere der unter dem Namen seines Erfinders Mazieres bekannte erwähnt. Dieser Ofen umfaßt eine Kammer, die in diesem besonderen Fall eher zylindrisch, als oval ist. An einem seiner beiden Enden ermöglicht eine Tür die Beschickung mit den und die Entnahme der zu verarbeitenden Substanzen. Dieser Ofen ist auch mit Mitteln versehen, die seine Neigung erlauben, um das eine oder andere seiner beiden Enden abzusenken.
- An jedem Ende des Ofens befindet sich eine Elektrode, die auf der horizontalen Achse ausgerichtet ist. Die Enden dieser Elektroden sind im Inneren der Kammer derart angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden kann beliebig mit Hilfe von an sich bekannten Verschiebungsmitteln eingestellt werden, die derart automatisiert werden können, daß die Länge des Lichtbogens in Abhängigkeit von den gewählten Betriebsbedingungen eingestellt wird.
- Erfindungsgemäß bestehen die verwendeten Elektroden aus Graphit.
- Der Vorteil der Verwendung von Graphit besteht darin, daß dieses Material sehr widerstandsfähig ist und den Elektroden eine lange Lebensdauer sichert, was erlaubt, die Unterbrechungen des Ofens für Elektrodenwechsel dementsprechend zu verringern.
- Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die Elektroden mit einem axialen Loch versehen sein, das die Einleitung eines plasmagenen gases in Form eines dünnen Strahles erlaubt, der koaxial mit der Längsachse des Ofens eingeblasen wird. Der Vorteil dieses dünnen Gasstrahles besteht darin, den Lichtbogen zu stabilisieren und dafür zu sorgen, daß sich dieser axial in der Mitte des Ofens ausbreitet. Dieser dünne Gasstrahl kann auch dazu dienen, das Zünden des Lichtbogens zwischen den beiden Elektroden beim Einschalten des Ofens zu vereinfachen.
- Bei dem verwendeten plasmagenen Gas kann es sich um Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid oder sogar Luft oder Gemische aus diesen handeln. Die Wahl eines bestimmten Gases kann auch den Vorteil bieten, an dem rückzugewinnenden Metall gleichzeitig eine zusätzliche Behandlung auszuführen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung von Schlacke wird damit begonnen, die zu verarbeitende Schlacke ins Innere der Kammer des Ofens einzubringen. Danach erfolgt dessen Beheizung, indem die Elektroden mit Hilfe an sich bekannter Verbindungsmittel mit einer Stromquelle verbunden werden und dann mit Hilfe dieser Stromquelle ein Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden gezündet wird. Wie oben erwähnt, kann die Zündung des Lichtbogens dadurch gefördert werden, daß ein dünner Gasstrahl durch ein axiales Loch, das in einer und vorzugsweise den beiden Elektroden vorgesehen wird, ins Innere der Kammer eingelassen wird, wobei dieser dünne Gasstrahl mit einem ausreichenden Druck eingelassen wird, um den Lichtbogen auf der Rotationsachse des Ofens zu halten.
- Nach der Zündung erhitzt der Lichtbogen, der sich zwischen den Enden der beiden Elektroden ausbreitet, durch Strahlung die Schlacke bis zu Temperaturen von ungefähr 1000ºC auf. Bei Beginn der Heizung wird gleichzeitig die Rotation oder Oszillation des Ofens um seine Achse gestartet. Diese Rotation kann zwischen 1 und 20 Umdrehungen pro Minute betragen, wird aber vorzugsweise in der Größenordnung von 10 Umdrehungen gehalten, sobald die gewünschte Verarbeitungstemperatur erreicht wurde. Selbstverständlich kann statt der vollständigen Rotation des Ofens eine einfache Oszillation um seine Achse ausgeführt werden.
- Die weiteren Betriebs- und Verarbeitungsbedingungen im Inneren des Ofens im besonderen Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im wesentlich identisch mit dem, was im kanadischen Patent Nr. 1.255.914 beschrieben wird.
- Wenn die Verarbeitung abgeschlossen ist, werden die Rotation und die Heizung angehalten. Die Tür des Ofens wird geöffnet, die auf der Seite dieser Tür befindliche Elektrode zurückgezogen und der Ofen zur offenen Seite geneigt, um das flüssige Aluminium auszugießen. Diese Entnahme erfolgt durch einfaches Gießen. Nach Beendigung der Entnahme kann dann die Schlacke auf herkömmliche Weise entnommen werden.
Claims (8)
1. Verfahren zur Verarbeitung von Schlacke eines Metalls zur Rückgewinnung
dieses Metalls, das in der Schlacke enthalten ist, in dem
- die zu verarbeitende Schlacke in einen Rotor- oder Schaukelofen mit einer
im Betrieb horizontalen Längsachse eingebracht wird,
- die Schlacke im Ofen auf eine Temperatur erhitzt wird, die über der
Schmelztemperatur des rückzugewinnenden Metalls liegt,
- der Ofen um seine Längsachse rotieren oder oszillieren gelassen wird,
während die Schlacke erhitzt wird, um die Trennung des Metalls von der
Schlacke zu erleichtern,
- dem Ofen das von der Schlacke getrennte Metall entnommen wird und
- dem Ofen anschließend die verbleibende Schlacke entnommen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Ofen ein Lichtbogenofen ist,
der zwei einander auf der Längsachse des Ofens gegenüberliegende
Elektroden aufweist, zwischen denen ein Lichtbogen gezündet und
aufrechterhalten wird, um die Beheizung sicherzustellen, wobei diese Elektroden aus
Graphit bestehen und nicht mit Wasser gekühlt werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eine der beiden Elektroden mit einem axialen Loch versehen ist und dadurch,
daß ein plasmagenes Gas durch dieses Loch in den Ofen eingelassen wird,
um den Lichtbogen entlang der Längsachse zu stabilisieren.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
eingelassene plasmagene Gas aus der Gruppe gewählt wird, die aus Ar, N&sub2;,
H&sub2;, GH&sub4;, CO und Mischungen aus diesen besteht.
4. Verfahren nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rotation oder die Oszillation des Ofens
kontinuierlich erfolgt.
5. Verfahren nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rotation oder die Oszillation des Ofens intermittierend
erfolgt.
6. Verfahren nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der verwendete Ofen ein Lichtbogenofen vom Mazieres-Typ ist.
7.Verfahren nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ofen eine Innenkammer im wesentlichen ovaler
Form aufweist.
8. Verfahren nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die verarbeitete Schlacke Aluminiumschlacke und das
rückzugewinnende Metall Aluminium ist.
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