DE69504309T2

DE69504309T2 - Verfahren und vorrichtung zur rückgewinnung von nichteisenmetallen aus schrott oder krätzen

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Publication number: DE69504309T2
Application number: DE69504309T
Authority: DE
Inventors: Han Toronto Ontario Spoel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2015-02-11
Also published as: US5540752A; EP0745144B2; EP0745144A1; DE69504309D1; EP0745144B1; ES2120178T3; ATE170229T1; AU1573295A; US5688470A; WO1995023239A1; CA2116249A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Nichteisenmetallen, vorzugsweise Aluminium aus Krätze und fein zerteiltem oder dünnem Schrott.

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Nichteisenmetallschrott (ausgenommen Magnesium- bzw. Magnesiumlegierungsschrott), der nicht zu dünn, zu fein zerteilt oder nicht zu sehr mit nichtmetallischen Anteilen verunreinigt ist, läßt sich üblicherweise wirtschaftlich und ohne übermäßigen Metallverlust durch Wiederaufschmelzen in einem Flammofen ohne Verwendung von Salzflußmittel zurückgewinnen. Feiner zerteilter oder mäßig verunreinigter Schrott (d. h. verhältnismäßig dünnes Fassadenverkleidungsmaterial aus Aluminium, gemischte Klipse mit geringem Kupferanteil, bestimmter, entlackter Dosenschrott, grobe Späne aus einem Grobrecher) wird häufig in Öfen mit Nebenherd, in denen der Schrott wieder aufgeschmolzen wird, behandelt. Der Brenner erhitzt das Metall im Hauptherd, während der Schrott durch Eintauchen in den Nebenherd ohne direkte Flammenberührung geschmolzen wird. Salzflußmittel wird normalerweise hinzugefügt, um das Zusammenschmelzen zu fördern.
Aufgrund seiner äußerst hohen Reaktionsfreudigkeit mit Luft muß der meiste Magnesiumschrott (selbst wenn er schwer und gereinigt ist) unter einem flüssigen Salzflußmittel oder in einer Schutzatmosphäre geschmolzen werden.
Indessen konnte im allgemeinen der dünnste bzw. feinste Schrott (wie einige benutzte Getränkedosen, Bohrspäne, Drehspäne und Sägespäne) sowie Krätze oder Schaum nicht in der oben beschriebenen Art ohne starken Metallverlust behandelt werden.
In letzter Zeit wurden ein modifiziertes Drehrohrverfahren und eine entsprechende Vorrichtung entwickelt, die die Benutzung von Salz vermeiden. Feiner Schrott und Krätze wurden normalerweise in Drehrohröfen mit Zusatz von erheblichen Mengen von Salzflußmittel eingeschmolzen, um die Metallverluste zu verringern. Hierbei ist beispielsweise im Falle von Aluminium die benötigte Salzflußmittelmenge etwa gleich dem Gewicht der nichtmetallischen Bestandteile in einer Charge von zu behandelndem Material. Zum Beispiel enthält eine Charge von 10 t Krätze mit etwa 60% metallischen Aluminium und 40% nichtmetallischen Bestandteilen im Ofen 6 t Aluminium, 4 t nichtmetallische Bestandteile und ungefähr 4 t eines Salzflußmittels, insgesamt ungefähr 14 t. Hiervon können schließlich 50 bis 55% der Charge als geschmolzenes Aluminium (in dem Beispiel 5,0 bis 5,5 t) wiedergewonnen werden, während 80 bis 85% des Chargengewichts (im Beispiel ungefähr 8,0 bis 8,5 t) als "Salzkuchen" verbleiben. Der "Salzkuchen" ist ein wesentliches Umweltproblem und darf in vielen Gebieten nicht länger auf einer Deponie abgelagert werden. Des weiteren entsteht das erhebliche Problem, daß eine wesentliche Menge des Salzes in einem solchen Verfahren verdampft wird und als ein feiner Rauch kondensiert, der in aufwendigen Filteranlagen ausgefiltert werden muß. Zusätzlich entsteht in den meisten Stufen des Verfahrens durch das Salz Korrosion.
Es wurden bereits viele Versuche angestellt, um einen üblichen Drehrohrofen ohne Salzflußmittel zu betreiben. Falls die Charge aus Krätze oder fein zerteiltem Schrott bestand, waren die Ergebnisse im allgemeinen nicht brauchbar. Beispielsweise können sich beim Erwärmen der Charge heiße Stellen entwickeln und die Oxidationsrate steigt sehr schnell an. Innerhalb einer kurzen Zeit entsteht eine starke Hitzeentwicklung und die Temperatur steigt entsprechend schnell an, wodurch große Metallverluste durch Oxidation entstehen. In besonders extremen Fällen wird Luft in großer Menge von außen in den Ofen eingesogen, wodurch noch mehr Oxidation entsteht. Derartige, durchgehende Reaktionen können äußerst hohe, sogar gefährliche Temperaturbedingungen hervorrufen, die unter Umständen weit über 1.500ºC liegen.
Vor kurzem wurden in den US-Patenten 4 959 100 und 5 303 273 ein Drehrohrofenverfahren und eine entsprechende Vorrichtung beschrieben, mit denen sich die Benutzung von Salzflußmitteln bei der Rückgewinnung von Nichteisenmetallen aus Krätze vermeiden läßt. Bei diesem Verfahren wird die Krätze in einen Drehrohrofen eingegeben, der üblicherweise, aber nicht notwendigerweise kippbar ist. Die Krätze wird dann mittels eines Plasmabrenners erhitzt. Im Falle von Aluminiumkrätze wird die Krätze auf ungefähr 800ºC, d. h. erheblich oberhalb dem Schmelzpunkt von Aluminium bei 660ºC, erhitzt. Wenn diese Temperatur (d. h. 800ºC) erreicht ist, wird der Brenner abgeschaltet und der Ofen mit Argon geflutet. Hierdurch wird die Oxidation beendet, die sich sonst fortsetzen würde. Der Ofen wird eine gewisse Zeit weitergedreht, um das Metall agglomerieren zu lassen, wonach dieses abgestochen oder abgezogen wird. Schließlich werden die Rückstände aus der Ofenmündung durch Herauskratzen oder Kippen entfernt.
Obwohl durch das vorgenannte Verfahren der sich aus der Verwendung von Salzflußmittel ergebende, wesentliche Nachteil vermieden wird, weist dieses Verfahren noch erhebliche Probleme auf. Ein grundlegender Nachteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß keine optimale Prozeßkontrolle weder während der Heizphase, noch während der Agglomerationsphase möglich ist. Insbesondere läßt sich die Charge nicht während der Endphase zum Agglomerieren auf der optimalen Temperatur halten. Des weiteren sind mit der erforderlichen Verwendung eines Plasmabrenners weitere wesentliche Nachteile verbunden. Erstens wird der Kapitaleinsatz der Anlage ganz erheblich erhöht. Zweitens ist die Wartung von Plasmabrennern im allgemeinen teurer und komplizierter als die der üblichen Brennersysteme. Drittens sind die Elektrizitätskosten als Energiequelle in vielen Gebieten höher als die Kosten geeigneter fossiler Brennstoffe wie Erdgas oder Öl. Unabhängig von diesen Nachteilen ist festzuhalten, daß der Plasmabrenner aufgrund seiner damit verbundenen, geringeren Gasströmungen, erforderlich ist. Aus Veröffentlichungen ergibt sich, daß bei gleicher Wärmeeinbringung in den Ofen die Abgasmenge eines luftbenutzenden Plasmabrenners in Übereinstimmung mit heutiger wirtschaftlicher Übung ungefähr ein Viertel der Menge ist, die bei einem üblichen Brennstoff-Luft-Brenner entsteht. Eine verminderte Gasströmung wird als wünschenswert angesehen, da sich daraus herabgesetzte Schornsteinverluste und ein kleineres und einfacheres Ofenabgassystem ergeben.
Die meisten Öfen des Standes der Technik, die "geschlossen" betrieben werden sollen, weisen Verschlüsse auf, die an der Lippe der Ofenkammeröffnung anliegen. Indessen verhindern ungleichmäßiges Ansammeln von Rückständen und Beschädigungen an der Lippe häufig, daß sich diese Verschlüsse dicht verschließen lassen. Im Endergebnis sind diese Öfen in der Praxis zur Außenatmosphäre offen, so daß es sehr schwierig ist, sie in der richtigen Weise zu betreiben.

ZUSAMMENGEFASSTE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine erfindungsgemäße Lösung besteht aus einem Verfahren entsprechend Ansprüchen 1 und 25 zur Rückgewinnung eines Nichteisenmetalls in geschmolzener, zusammenhängender Form aus einer zu behandelnden Materialcharge, die dieses Metall enthält. Das Verfahren umfaßt das Einbringen der Charge in einen verschließbaren Ofen und das Verschließen des Ofens. Die Charge wird durchmischt. Ein Kontrollparameter, der für die Zustände innerhalb des Ofens kennzeichnend ist, wird beobachtet und mit einem vorbestimmten, ersten Zustand dieses Parameters verglichen. Eine Wärmequelle erzeugt Wärme, um die Charge zu erhitzen, bis der Kontrollparameter den ersten Zustand erreicht. Daraufhin wird die Wärmequelle abgestellt. Eine geregelte Menge eines Oxidators und eines inerten Trägers wird daraufhin in den Ofen eingegeben. Der Kontrollparameter wird weiter beobachtet und mit einem vorgegebenen zweiten Zustand des Parameters verglichen. Der Zustrom des Oxidators und des Trägers wird so gesteuert, daß der Kontrollparameter ungefähr im zweiten Zustand verbleibt. Anschließend wird das geschmolzene Metall aus dem Ofen abgestochen.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht aus einem Verfahren entsprechend Anspruch 7 zur Rückgewinnung eines Nichteisenmetall in geschmolzener, zusammenhängender Form aus einer zu behandelnden Materialcharge, die sich auf einer Temperatur oberhalb einer vorbestimmten ersten Temperatur befindet und das Metall enthält. Das Verfahren umfaßt das Eingeben der Charge in einen verschließbaren Ofen und das Verschließen des Ofens. Die Charge wird durchmischt. Geregelte Mengen eines Oxidators und eines inerten Trägers werden in den Ofen eingegeben. Eine Kontrolltemperatur wird beobachtet und mit einer vorbestimmten zweiten Temperatur verglichen. Der Zustrom des Oxidators und des Trägers wird so gesteuert, daß die Kontrolltemperatur auf etwa der zweiten Temperatur verbleibt. Anschließend wird das geschmolzene Metall aus dem Ofen abgestochen.
Noch eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht aus einer Vorrichtung entsprechend Anspruch 13 zur Rückgewinnung eines Nichteisenmetalls in geschmolzener, zusammenhängender Form aus einer zu behandelnden Materialcharge, die das Metall enthält. Die Vorrichtung umfaßt einen verschließbaren Ofen zur Aufnahme des Materials, eine Einrichtung zum Durchmischen des Materials, eine Einrichtung zum Einbringen eines Oxidationsmittels in den Ofen, eine Einrichtung zum Einbringen eines inerten Trägers in den Ofen, eine Einrichtung zur Beobachtung der Zustände innerhalb des Ofens und eine Einrichtung zum Steuern des Zustroms des Oxidators und des Trägers in den Ofen in Abhängigkeit von den beobachteten Zuständen solange, bis ein vorbestimmter, gewünschter Materialzustand erreicht ist, woraufhin das Material in diesem Zustand gehalten wird, bis es aus dem Ofen entfernt wird.
Mit dem Verfahren und der Vorrichtung entsprechend der Erfindung läßt sich die Verwendung von Salzflußmitteln und alle damit verbundenen Probleme vermeiden. Des weiteren ist die Verwendung eines Plasmabrenners nicht erforderlich. Schließlich ist eine verbesserte Steuerungsmöglichkeit des Reaktionsverlaufs gegeben, die eine wirksamere Metallrückgewinnung zu erreichen erlaubt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Drehofens in einem waagerechten Außer-Betriebs-Zustand ist;
Fig. 1a eine schematische Endansicht eines erfindungsgemäßen Drehofens in einem Außer-Betriebs-Zustand ist;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drehofens in einer Chargierstellung ist;
Fig. 2a eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drehofens in einem Betriebszustand während einer aktiven Heizphase ist;
Fig. 2b eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drehofens in einem Betriebszustand während einer gesteuerten Gasstromphase ist;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drehofens während eines Abstichvorgangs ist;
Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drehofens während eines Rückstandsabstichvorgangs ist;
Fig. 5 eine Einzelheit A von Fig. 1 ist, aus der die Abdichtanordnung zwischen dem Verschluß des Drehofens und der feststehenden Brennertragkonstruktion ist;
Fig. 5a Einzelheiten einer alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung zwischen einem feststehenden Verschluß und Brenner sowie dem Drehofen zeigt;
Fig. 6 eine Einzelheit B von Fig. 1 darstellt und schematische Einzelheiten der Brennerkonstruktion zeigt;
Fig. 7 ein Blockdiagramm mit dem Steuersystem für den Brenner und den Gasstrom ist;
Fig. 8 eine schematische Darstellung der mit dem Ofen in Verbindung stehenden Rauch- und Staubsteuersysteme ist und
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Ofens ist.

INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

a. Zu behandelnde Materialien

Die zu behandelnden Materialien sind Krätze und fein zerteilter oder dünner Schrott von Nichteisenmetallen wie Aluminium, Magnesium, Kupfer, Zink und Legierungen dieser Metalle.
Es wird angenommen, daß das bevorzugte Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung in der Behandlung von Aluminiumkrätze liegt (selbstverständlich umfaßt dies auch Aluminiumlegierungen). Aluminiumkrätze enthält metallisches Aluminium in einem großen Bereich, der von 80% bis weniger als 15% gehen kann. Es ist zweifelhaft, daß sich Krätze mit weniger als 35% Metallanteil wirtschaftlich direkt behandeln läßt. (Es ist im allgemeinen vorzuziehen, Krätze mit solch einem niedrigen Metallgehalt zunächst durch Malen und Sieben in üblicher Weise aufzubereiten, um einen Anteil mit höherem Metallgehalt für die nachfolgende Behandlung in einem Ofen zu erhalten.) In typischer, durch moderne Krätzekühlverfahren gewonnene Krätze haben die Partikel einen Metallgehalt von ungefähr 45 bis 70% Aluminium. Die äußere Beschaffenheit der Krätze kann von großen Stücken oder Blöcken, die möglicherweise eine Tonne wiegen können, bis zu feinen Körnern mit einem Durchmesser von weniger als einem Millimeter gehen.
Aluminiumschrott läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandeln. Im allgemeinen enthält zu behandelnder Schrott nach dem Trocknen und/oder Entlacken einen höheren Metallanteil als Krätze. Üblicherweise beläuft sich der Metallanteil auf über 90%.
Üblicherweise liegt die Temperatur der zu behandelnden Materialien sehr viel niedriger als die Temperaturen, bei denen die optimale Metallrückgewinnung stattfinden kann. Bei sehr reaktiven Materialien kann die Temperatur absichtlich herabgesetzt sein, um die Reaktivität während der Handhabung zu vermindern. Bei anderen Materialien kann eine natürliche Abkühlung (sogar bis zur Umgebungstemperatur) zugelassen worden sein. Derartige Materialien werden üblicherweise als "kalt" angesehen.
Indessen können sich einige Materialien auf einer relativ hohen Temperatur befinden, die sehr viel näher an der optimalen Wiedergewinnungstemperatur liegt. Derartige Materialien werden als "heiß" angesehen. Beispielsweise weist Aluminiumkrätze (d. h. von einem Aluminiumerzeugungsofen abgekrätzt) normalerweise eine Temperatur entsprechend der Schmelztemperatur oder ungefähr entsprechend der Schmelztemperatur auf, wenn sie umgehend in den Behandlungsofen eingebracht wird. Da diese heißen Materialien reaktiver als kalte Materialien sind, erfordern sie oft eine besondere Sorgfalt bei der Handhabung.
Im Fall von Aluminiumkrätze wird eine Charge schließlich auf etwa 700 bis 900ºC erhitzt, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von etwa zwischen 750º bis 850ºC. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, daß die Oxidationsrate bis zu Temperaturen im Bereich von ungefähr 600º bis 700ºC verhältnismäßig niedrig ist, vorausgesetzt die Charge wird durch Drehung gut genug durchmischt, so daß die Entwicklung von heißen Stellen nicht zugelassen wird. Bei etwas höheren Temperaturen (etwa 675º bis 800ºC) beginnt fein zerteiltes Aluminium schnell mit verschiedenen, ohne weiteres verfügbaren Oxidationsmitteln zu reagieren - d. h. zuerst mit Sauerstoff (was entsprechend verschiedenen Veröffentlichungen bereits ab 600ºC eintritt). Bei noch höheren Temperaturen (über 800ºC) reagiert das fein zerteilte Aluminium mit Stickstoff (entsprechend verschiedenen Veröffentlichungen beginnt dies bei etwa 800ºC), und bei noch höheren Temperaturen sogar mit Kohlendioxid. Oberhalb ungefähr 800ºC ist die Reaktion äußerst schnell, und fein zerteiltes Aluminium brennt in Sauerstoff mit großer Heftigkeit. Die weitere Handhabung oder das Behandeln von Materialien bei diesen hohen Temperaturen wird durch die Tatsache erschwert, daß die Verbrennungsprodukte des Aluminiums in Sauerstoff, Stickstoff und Luft Feststoffe sind.

b. Die Vorrichtung

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Ofen allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Der Ofen 10 weist eine im wesentlichen zylindrische Trommel oder Kammer 12 auf, die mit einer geeigneten, feuerfesten Auskleidung 14 versehen ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Trommel 12 vom Typ mit kurzer Trommel, bei dem die Innenlänge der Kammer weniger als 1,5 mal der Innendurchmesser ist.
Die Trommel 12 weist eine Lippe 50 auf, die eine Mündung oder Öffnung 48 an einem Ende begrenzt. Die Mündung 48 muß weit genug sein, damit auch die größten Krätzeklumpen in das Innere der Trommel 12 eingebracht werden können und muß auch groß genug sein, um den Brenner, einer Abgasleitung und eine Gasdüse, die nachstehend beschrieben werden, aufzunehmen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Trommel auch von dem Typ mit langer Trommel (d. h. mit einer Innenlänge mehr als 1,5 mal der Innendurchmesser) sein.
Vorzugsweise ist ein Mechanismus (in Fig. 1a mit der Bezugsziffer 18 bezeichnet) zum Kippen der Trommel 12 um eine Querachse 16 vorhanden, falls dies gewünscht wird, während bei gewissen anderen Ausführungsformen die Trommel mit ihrer Längsachse allgemein waagerecht angeordnet sein kann. Vorzugsweise läßt sich der Ofen 10 um etwa 15º bis 40º gegenüber der Waagerechten kippen, abhängig von dem Verhältnis Länge/Durchmesser und der Größe der Mündung 48.
Ein Ende oder beide Enden des Ofens 10 können mit einem Verschluß versehen sein, wie beispielsweise allgemein mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet, um das Chargieren des Ofens 10 und das Entnehmen seines Inhalts durchführen zu können. Der Verschluß 20 kann sich mit dem Ofen drehen (Fig. 5) oder kann stillstehend angeordnet sein (siehe Verschluß 20a, Fig. 5a). Wenn nicht beide Enden des Ofens mit derartigen Verschlüssen versehen sind, hat ein Ende des Ofens, wie in Fig. 1 dargestellt, normalerweise eine nicht abnehmbare Endwand und das andere Ende den Verschluß 20.
Der Ofen 10 ist mit Einrichtungen zum Durchmischen der darin eingebrachten Charge versehen. Bevorzugt wird eine Durchmischung durch Drehen, da auf diese Weise eine geringere Wahrscheinlichkeit besteht, daß sich heiße oder kalte Stellen in der Charge entwickeln. Dementsprechend ist ein Drehantrieb 32 zum Drehen der Trommel 12 um ihre Längsachse vorgesehen. Der Drehantrieb 32 umfaßt bevorzugterweise eine Einrichtung zum Steuern der Drehgeschwindigkeit und/oder der Drehrichtung. Selbstverständlich sind auch Stützlager 34 vorgesehen, um den Ofen während der Drehung zu halten.
Die drehbare Trommel 12 ist verschließbar, was bedeutet, daß die Außenatmosphäre im wesentlichen vollständig vom Inneren ferngehalten werden kann.
Erfindungsgemäß ist eine Dichtungsanordnung 22 zwischen dem drehbaren Ofen und dem Brenner, der Düse und der Abgasleitung, die alle feststehend angeordnet sind, vorgesehen. Im normalen Betriebszustand wird die Trommel 12 bei ungefähr Atmosphärendruck gehalten. Die Dichtungsanordnung 22 braucht nicht luftdicht zu sein, soll aber im Falle eines leicht negativen Drucks im Ofen höchstens einen geringfügigen Luftstrom in den Ofen 10 während des normalen Betriebszustands einfließen lassen. Der Ausdruck "geringfügig" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die in den Ofen 10 einströmende Luftmenge nicht so groß sein darf, daß sie mit der Steuerung der Gaseinströmung in den Ofen, wie sie nachstehend beschrieben wird, wesentlich in Wechselwirkung tritt. Ebenso soll die Dichtungsanordnung 22 im Falle eines leicht positiven Ofendrucks nur eine minimale Gas- und Staubmenge in die Umgebung hinausströmen lassen.
Wie in Fig. 5 und 5a erkennbar, sind die Dichtungsanordnungen 22, 22a bei dem erfindungsgemäßen Ofen von der Lippe 50 der Trommel 12 beabstandet. Es ist anzumerken, daß die Dichtungsanordnung vorzugsweise so weit wie möglich vom Inneren der Trommel 12 zurückversetzt sein soll. Der Grund hierfür liegt darin, daß Dichtungen in der Nähe der Lippe eines zum Schmelzen von Aluminium benutzten Drehofens einer schnellen Abnutzung aufgrund von sich aufbauenden Rückständen oder von Erosion an der Lippe unterliegen.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verschluß 20 an der drehbaren Trommel 12 mittels geeigneter, entfernbarer Befestigungsmittel 21 befestigt. Der Brenner 26 ist in einer feststehenden Muffe 27 angeordnet. Die Muffe 27 ist mit einer angemessen engen Toleranz in eine Öffnung 29 im Verschluß 20 eingepaßt. Die Dichtungsanordnung 22 befindet sich zwischen dem Verschluß und der äußeren Oberfläche der Muffe 27.
Eine andere, in Fig. 5a dargestellte Ausführungsform einer Dichtungsanordnung zeigt eine mit dem Verschluß 20a fest verbundene Muffe 27a. Die äußere Oberfläche der drehbaren Trommel 12 ist mit einem Ringflansch 23 versehen, der zur Mündung 48 und zur Lippe 50 beabstandet ist. Die Dichtungsanordnung 22a befindet sich zwischen dem Verschluß und dem Ringflansch 23. Der Spalt 51 sollte vorzugsweise so klein wie möglich ausgebildet sein, um die Möglichkeit zu vermindern, daß Aluminiumkrätze dorthin gelangt und die Dichtungsanordnung 22a beschädigt, jedoch soll dieser Spalt breit genug sein, so daß der normale Aufbau von Krätzerückstand auf der Lippe nicht die Wirksamkeit der Dichtungsanordung 22a beeinträchtigt.
Die Trommel 12 kann von innen durch eine Wärmequelle, wie einen allgemein mit der Bezugsziffer 26 bezeichneten Brenner (siehe Fig. 2a), der über die Muffe 27 im Verschluß 20 angeordnet ist, erhitzt werden. Bei dem Brenner 26 kann es sich um einen üblichen Brenner, d. h. Brennstoff-Luft-, Brennstoff-Sauerstoff-Brenner oder Brenner für sauerstoffangereicherte Luft oder um einen Plasmabrenner handeln. Vorzugsweise indessen handelt es sich beim Brenner 26 um einen üblichen Brennstoff-Luft-Brenner wegen seiner niedrigen Kapital-, Betriebs- und Wartungskosten. Des weiteren sind übliche, fossile Brennstoffe wie beispielsweise Erdgas und Öl in vielen Gegenden normalerweise einfacher und kostengünstiger verfügbar als die notwendige elektrische Energie, die zum Betrieb eines Lichtbogenplasmabrenners erforderlich ist. Ein Brennstoff-Sauerstoff-Brenner oder ein Plasmabrenner können dann bevorzugt sein, wenn ein geringer Gasstrom durch den Ofen 10 gefordert wird.
Der Ofen 10 läßt sich normalerweise mit einem Brenner betreiben, obwohl auch mehr als ein Brenner eingesetzt werden kann, falls dies gewünscht wird. Die größten, für Öl oder Erdgas verfügbaren Einzelbrenner sind sehr viel größer als die größten zur Zeit verfügbaren Plasmabrenner und sind für jeden praktisch einsetzbaren Drehofen angemessen. Der Brenner ist normalerweise so angeordnet, daß er durch den Verschluß 20 mehr oder weniger nahe der Längsachse des Ofens 10 verläuft.
Wie in Fig. 6 dargestellt, wird der Brennstoff-Luft-Brenner 26 über eine Brennstoffleitung 59 und eine Luftleitung 57 versorgt. Der Brennstoffstrom wird durch ein Ventil 60 gesteuert, das sich ggf. automatisch betätigen läßt. Ebenso wird der Luftstrom durch ein Ventil 58 gesteuert, das sich ggf. ebenfalls automatisch betätigen läßt. Der Brenner 26 umfaßt ein übliches Zündsteuersystem (nicht dargestellt).
Der Ofen 10 ist des weiteren mit einer Düsenanordnung 80 zum Einbringen von verschiedenen Verbrennungs- und anderen Gasen in den Ofen versehen. Diese Düsenanordnung ist normalerweise ebenfalls den Verschluß 20 durchdringend angeordnet und befindet sich mehr oder weniger in der Nähe der Längsachse des Ofens 10. Die Düse 80 wird von einer Mischkammer 82 her versorgt, in die eine Leitung 55 ein inertes Trägergas wie Argon, Helium, Neon oder Krypton leitet (aus wirtschaftlichen Gründen wird normalerweise Argon gewählt), und Leitung 84 versorgt die Mischkammer 82 mit einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff. Die Ströme des inerten Trägergases und des Sauerstoffs werden durch die Ventile 56 bzw. 86 gesteuert, die ggf. automatisch betätigbar sein können. Der Sauerstoffstrom wird so gesteuert, daß der geforderte Oxidationsgrad im Ofen aufrechterhalten wird. Der Strom des inerten Trägergases wird im Zusammenhang mit der Stellung von bestimmten Drosselklappen (nachstehend beschrieben) so gesteuert, daß der Druck im Ofen 10 bei ungefähr Atmosphärendruck gehalten wird.
Wenn Sauerstoff als Oxidationsmittel und ein Brennstoff-Luft-Brenner 26 benutzt werden, kann die Luftzufuhr zum Brenner 26 mit Sauerstoff angereichert sein, falls dies gewünscht wird, indem ein Sauerstoffanzapfventil 88 zwischen der Sauerstoffquelle und der Luftzufuhr 57 zum Brenner 26 angeordnet wird und indem die Sauerstoffanzapfung auf den gewünschten Anreicherungsgrad eingestellt wird.
Es muß für eine ausreichende Gasabfuhr gesorgt werden, üblicherweise an einen oder dem anderen Ende des Ofens, um die durch den Brenner in den Ofen eingebrachten Gase, die von der Schrott- oder der Krätzecharge abgegebenen Gase oder die zur Temperatursteuerung der Charge eingebrachten Gase abzuleiten. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine Abgas- oder Rauchgasöffnung unmittelbar oberhalb des Brenners 26 und der Düse 80 angeordnet und trägt die Bezugsziffer 28. Bei der Alternativausführungsform gemäß Fig. 9 ist eine Abgasleitung 30 an einem Ende der Trommel 12 gegenüber dem Brenner 26 dargestellt. In jedem Fall ist die Abgasleitung 28 mit einer Drosselklappe 44 versehen, die sich dazu benutzen läßt, den Druck im Ofen 10 zu steuern.
Um die Temperatur der Charge während des Prozesses zu steuern, ist es notwendig, Temperaturfühler 36 vorzusehen, die die Temperatur wenigstens in der Abgasleitung 28, wo die Abgase aus dem Ofen 10 austreten, aufnehmen. Des weiteren ist vorzugsweise ein zusätzliches Temperaturfühlelement 38 in der Charge selbst angeordnet. Indessen ist es aufgrund der im Ofen herrschenden, extremen Bedingungen normalerweise schwierig, aussagefähige Chargentemperaturen zumindest fortlaufend zu erhalten. Dementsprechend ist es normalerweise praktischer, eine Temperaturfühlanordnung innerhalb der feuerfesten Auskleidung 14 des Ofens 10 (gestrichelt mit 38a bezeichnet) vorzusehen. Entweder eine oder beide Temperaturen des Abgases und des Feuerfestmaterials liefern eine indirekte Anzeige der Chargentemperatur und können mittels Versuche damit in Beziehung gebracht werden. Derartige Temperaturmessungen werden benutzt, um, wie nachstehend beschrieben, das Abstellen des Brenners und danach die Menge des hinzugefügten inerten Gases und des Sauerstoffs zu steuern.
Wie in Fig. 7 dargestellt, wird der Prozeß entweder von Hand oder durch eine automatische Steuereinrichtung 52, indem die Zustände innerhalb des Ofens 10 beobachtet und entsprechende Einstellungen der verschiedenen Gasströme vorgenommen werden, gesteuert. Beispielsweise ist der wichtigste Zustand innerhalb des Ofens 10 die Chargentemperatur. Die Chargentemperatur, wie oben erwähnt, wird indirekt über die Temperaturfühleinrichtung 36 und 38 oder 38a erfaßt. Zusätzlich kann der Druck im Ofen 10 ebenfalls erfaßt werden, d. h. durch eine Druckmeßeinrichtung 54 im Ofen 10. Die Steuereinrichtung 52 vergleicht die verschiedenen Messungen mit vorbestimmten Werten oder Sollbereichen und sendet entsprechende Steuersignale an die Ventile 56, 58, 60 und 86 über Steuerleitungen 77, 75, 73 und 71. Ist beispielsweise die Chargentemperatur zu niedrig, steuert die Steuereinrichtung 52 das Öffnen der Brennstoff- und Luftventile 58 und 60 und bewirkt das Zünden des Brenners 26 um das Erhitzen einzuleiten. Wenn sich die Chargentemperatur innerhalb eines ersten Sollbereichs befindet, schließt die Steuereinrichtung 52 das Brennstoffventil 60 und das Luftventil 58, um den Brenner 26 abzuschalten und öffnet das Sauerstoffventil 86 und das Argonventil 56 auf vorbestimmte Stellungen, so daß die Verbrennung des Aluminiums mit einer gesteuerten Geschwindigkeit erfolgt. Wenn die Chargentemperatur schließlich einen Sollwert erreicht hat, betätigt die Steuereinrichtung 52 die Ventile 86 und 56, um die gewünschte Solltemperatur einzuhalten. Wenn schließlich die Charge während einer ausreichenden Zeit auf der endgültigen Solltemperatur gehalten wurde, betätigt die Steuereinrichtung 52 das Sauerstoffventil 86, um es zu schließen und das Argonventil 56, um es öffnen, um auf diese Weise jede weitere Erhitzung und Verbrennung zu beenden. Während des Prozesses beeinflußt die Steuereinrichtung 52 das Argonventil 56 und/oder die Drosselklappe 44 im Abgasstrom über die Steuerleitungen 70 und 77, um den Druck in einem gewünschten Bereich zu halten.
Mittels einer Eingabeeinrichtung 53 können Bedienungspersonen Daten bezüglich des zu behandelnden Materials, einer gewünschten Soll-Temperatur und Temperaturbereichen, Zeitparameter und andere relevante Parameter eingeben.
Mittels der Steuereinrichtung 52 ist es auch möglich, andere Gesichtspunkte bei der Steuerung des Ofens 10 zu berücksichtigen. Beispielsweise ist sie in der Lage, die Drehgeschwindigkeit/den Drehsinn des Drehantriebs 32 und die Zündung des Brenners 26 über die Steuerleitung 72 bzw. 74 zu steuern. Des weiteren kann die Steuereinrichtung 52 mit einer Zeitgebereinrichtung 52a versehen sein, um Steuerbefehle in Abhängigkeit von abgelaufenen Zeitfolgen abzugeben.
Wegen des Staubgehalts durchläuft das Abgas vom Ofen vorzugsweise eine Staubfilteranordnung 40. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Abgasmenge bei einem Plasmabrenner ganz erheblich geringer als bei einem üblichen Brennstoff-Luft-Brenner, so daß sich die Abmessungen des Abgassystems verkleinern lassen. Überraschenderweise hat der Erfinder die unerwartete Feststellung gemacht, daß die höchste Beanspruchung des Gas-/Staubsammelsystems nicht während des Brennerbetriebs auftritt, sondern dann, wenn wie in Fig. 4 dargestellt, der Ofen 10 in der geöffneten Stellung des verschließbaren Verschlusses 20 entleert wird. Das Rauch- und Staubsammelsystem muß daher so bemessen werden, daß es diese Spitzenbelastung aufnehmen kann. Mit anderen Worten ist ein Rauch- und Staubsammelsystem mit ganz erheblichen Abmessungen erforderlich, unabhängig von den theoretischen Vorteilen eines Plasmabrennersystems, um den Prozeß beim Entleeren des Ofens unter Kontrolle halten zu können.
Beispielsweise ist entsprechend Fig. 8 ein Rauch- und Staubsammelsystem 42 vorgesehen. Die mit der Abgasleitung 28 verbundene Staubfilteranordnung 40 ist ein Element in dem gesamten System 42. Andere Elemente können beispielsweise eine Haube 62 und ein Lüfter 64 sein.

c. Das Verfahren

Der Ofen 10 wird normalerweise chargenweise betrieben, obwohl einige Arten von Schrott auch in einem Halbdurchlauf-Verfahren behandelt werden könnten.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist erkennbar, daß die Trommel 12 mittels irgendeiner geeigneten Einrichtung mit einer Charge D einer typischen Aluminiumkrätze beschickt wird. Die Beschickungsmenge sollte vorzugsweise nicht die Menge überschreiten, die den Ofen 10 oberhalb der Ebene seiner Lippe 50 in der gekippten Stellung füllt.
Wenn sich die Trommel 12 noch nicht in der gekippten Stellung zum Beschicken befindet, dann wird sie in die Betriebsstellung zurückgekippt, der Verschluß 20 wird vorwärts bewegt und mit dem Ofen abdichtend verbunden. Der Brenner 26, die Abgasleitung 28 und die Düse 80 werden angebracht.
Mit Bezugnahme mit auf die Fig. 2a werden der Brenner 26, falls die Charge D "kalt" ist, und die Drehung der Trommel 12 angestellt. Diese Prozeßphase kann als aktive Heizphase angesehen werden. Wenn sehr große Krätzeklumpen vorhanden sind, muß die anfängliche Umdrehung sehr langsam sein, um Schaden an der feuerfesten Auskleidung zu vermeiden - d. h. wahrscheinlich weniger als eine Umdrehung pro Minute und dies ggf. mit Unterbrechungen. Die Drehung muß jedoch ausreichend sein, um zu vermeiden, daß sich in der Krätze D oder der feuerfesten Auskleidung 14 heiße Stellen bilden. Wenn die Krätze D keine großen Stücke aufweist, kann die Drehung etwas schneller sein, wodurch die gleichmäßige Erwärmung der Krätzecharge verbessert wird und eine größere Wärmezufuhr möglich ist, so daß der sich ergebende Prozeßzyklus abkürzen läßt. Um eine übermäßige Staubentwicklung zu vermeiden, sollte die Drehgeschwindigkeit vorzugsweise weniger als ungefähr 30 m/min der inneren Oberfläche der feuerfesten Auskleidung betragen (d. h. wenn der Innendurchmesser des Ofens 3 m beträgt, wäre die Geschwindigkeit etwa 3 min&supmin;¹).
Selbst wenn sehr große Stücke vorhanden sind, läßt sich die Drehgeschwindigkeit bis auf diesen Bereich erhöhen, nachdem die Charge D etwa 500ºC erreicht hat. Die Steuerung der Drehgeschwindigkeit wird vorzugsweise automatisch durch die Steuereinrichtung 52 bewirkt.
Die Steuereinrichtung 52 erfaßt fortwährend die Temperatur der Charge durch Beobachten der Temperaturmeßeinrichtung 36 für die Abgase und, falls vorhanden, der Temperaturmeßeinrichtung 38a für die feuerfeste Auskleidung. Bei einem bestimmten Punkt beginnt die Charge D schnell mit dem Oxidationsmittel zu reagieren, was sich im wesentlichen aus der Temperatur der Abgase oberhalb eines bestimmten, vorgegebenen Soll-Wert ergibt. (Es kann ebenso möglich sein, die Änderungsgeschwindigkeit der Abgastemperatur im Vergleich zu einem vorbestimmten Soll-Wert zu überwachen.) Solch ein Soll-Wert läßt sich versuchsweise bestimmen. Indessen entspricht die erste Soll-Temperatur im allgemeinen einer Chargentemperatur von etwa dem Schmelzpunkt von Aluminium (660ºC) kann sich jedoch zwischen ungefähr 600º und 700ºC, abhängig von der Legierung, der Gefügebeschaffenheit der Krätze und der Zufuhrrate der Wärme in den Ofen bewegen. Es wird angenommen, daß die kleinsten Aluminiumpartikel zuerst oxidieren, wodurch Verbrennungswärme in die Charge D gelangt. Diese Partikel würden normalerweise nicht gut agglomerieren (selbst in einem Salzflußmittelprozeß) und müßten normalerweise schließlich zusammen mit dem Krätzerückstand entsorgt werden. Dementsprechend ist die Benutzung dieser Partikel zur Verbrennung oder für Heizzwecke entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Faktor, der zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Prozesses führt.
Falls Messungen der Chargentemperatur mittels der Meßeinrichtungen 38 und/oder 38a zur Verfügung stehen, können diese ebenfalls dazu benutzt werden, den Punkt der schnellen Chargenreaktion entweder allein oder in Verbindung mit den Abgastemperaturen zu bestimmen.
Es ist festzuhalten, daß der Brenner 26 mit sehr hohen Temperaturen arbeitet, d. h. bis zu etwa 1.500ºC. Theoretisch kann sich die Abgastemperatur bis an die Temperatur der Wärmequelle annähern. Bei höheren Temperaturen wird die Benutzung der Abgastemperatur zur Prozeßsteuerung immer unzuverlässiger, wenn der Brenner arbeitet, da eine höhere Temperaturdifferenz zwischen den Abgasen und der Charge entsteht. Wenn indessen die Charge D anfängt, schnell zu reagieren, wird sie selber eine bedeutende Wärmequelle, um sich selbst aufzuheizen. Wenn dann der Brenner abgestellt wird, gibt es nicht länger eine Wärmequelle mit einer Temperatur von 1.500ºC. Statt dessen gibt es nur eine Wärmequelle mit einer Temperatur im Bereich von 600º bis 900ºC. Die Abgastemperatur sinkt ganz wesentlich auf einen Wert, der sich stark der eigentlichen Chargentemperatur annähert. Diese Verminderung der Temperaturdifferenz zwischen den Abgasen und der Charge wird vorzugsweise eingesetzt, um den Prozeß bei höheren Temperaturen zu steuern.
Wenn der Punkt des Einsetzens der schnellen Reaktion durch die Steuereinrichtung 52, wie in Fig. 2b gezeigt, festgestellt wird, wird der Brenner 26 abgestellt (d. h. die Brennstoff- und Luftventile 58 und 60 werden geschlossen), und die Abgasdrosselklappe 44 auf weniger als 5% ihrer vollständig offenen Stellung geschlossen. Diese Prozeßphase läßt sich als eine gesteuerte Gasströmungsphase ansehen. Das inerte Trägergas und ein Oxidationsmittel werden durch Öffnen der Ventile 56 und 86 eingelassen, in der Mischkammer 82 gemischt und in den Ofen 10 durch die Düse 80 eingeblasen. Die Steuereinrichtung 52 steuert die Gasströme so, daß sich die Temperatur der Krätze D durch Oxidation der feineren Aluminiumpartikel in der Charge auf eine zweite Soll-Temperatur erhöht, die einer Chargentemperatur im Bereich von zwischen etwa 700º bis 900ºC, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 750º bis 800ºC entspricht. Während des vorgenannten Schrittes in dem Verfahren kommt die Energie zum Erreichen der endgültigen Soll-Temperatur von der Verbrennung der feinsten Aluminiumpartikel her. Durch den vermehrten Verlaß auf die Benutzung eines sonst verworfenen Brennstoffs (d. h. feine Aluminiumpartikel) wird weniger fossiler Brennstoff durch das Verfahren benutzt.
Normalerweise wird Sauerstoff als Oxidationsmittel benutzt. Indessen läßt sich auch Luft verwenden, wenn Stickstoffverbindungen wie Nitride in den Krätzerückständen unproblematisch sind.
Wenn die zweite Soll-Temperatur erreicht ist, werden die Sauerstoff- und Argonströme so gesteuert, daß die Charge bei dieser Temperatur gehalten wird, was einer Prozeßphase entspricht, die sich als die abschließende Agglomerationsstufe bezeichnen läßt. Während dieser Phase wird der Ofen 10 weiter mit einer Oberflächengeschwindigkeit der feuerfesten Auskleidung von 10 bis 100 m/min entsprechend 1 bis 10 U/min für eine Trommel mit 3 m Durchmesser gedreht. Die Geschwindigkeit wird so gewählt, daß die beste Agglomeration des in der Krätze D enthaltenden, geschmolzenen Metalls erreicht wird.
Während der vorgenannten Prozeßschritte überwacht die Steuereinrichtung 52 den Druck im Inneren des Ofens 10. Immer wenn sich zu irgendeinem Zeitpunkt der aktiven Heizphase oder der gesteuerten Gasströmungsphase der Druck ausreichend ändert, wirkt die Steuereinrichtung 52 einstellend auf die Abgasdrosselklappe und die Argonströmung in den Ofen, um den Druck entsprechend einzustellen.
Vorzugsweise wird die Drehung während der abschließenden Agglomerationsstufe während einer vorbestimmten Zeitdauer, die so gewählt ist, daß die Agglomeration und die endgültige Rückgewinnung des Metalls einen Größtwert erreichen, fortgesetzt. Es können indessen auch andere Zustände herangezogen werden, um festzustellen, wann die Drehung eingestellt wird. Wie in Fig. 3 erkennbar, wird das agglomerierte, geschmolzene Aluminium, das sich unterhalb der erschöpften festen Rückstände ansammelt, in einen Tiegel 47 abgestochen. Das Abstechen erfolgt vorzugsweise mittels eines Abstichlochs 46 am tiefsten Punkt des Ofens 10, wenn sich dieser in der zurückgekippten Stellung befindet. Während des Abstechens kann der Ofenverschluß verschlossen bleiben, und die Ofenatmosphäre bleibt unter Kontrolle. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, die Benutzung eines Abstechlochs zu vermeiden, indem der Ablauf etwas geändert wird und das Metall aus der Mündung des Ofens abgegossen wird.
Nachdem das Metall abgestochen ist, ist es normalerweise wünschenswert, den Ofen 10 während eines angemessenen weiteren Zeitraums erneut in Drehung zu versetzen, wie bereits in Fig. 2b gezeigt, um noch verbleibendes, rückgewinnbares Metall zu agglomerieren, wobei dabei die Ofenatmosphäre weiterhin unter Kontrolle gehalten wird, um die beste Verfahrenstemperatur einzuhalten.
Mit Bezugnahme auf Fig. 4 ergibt sich, daß nach dem zweiten Abstechgang des Metalls die Ofendrehung angehalten wird. Die Zufuhr von Argon, Sauerstoff und von anderen Gasen wird unterbrochen und der verschließbare Verschluß 20 entsperrt und geöffnet. Die Trommel 12 wird daraufhin nach vorne mit der geöffneten Mündung 58 nach unten gekippt, und die Rückstände werden entfernt oder abgelassen. Im allgemeinen verlassen die Rückstände überwiegend die Trommel 12 allein dadurch, daß die Trommel mit wenigen Umdrehungen pro Minute gedreht wird. Es ist indessen bekannt, daß alle Aluminiumschmelzöfen außer solchen, die mit flüssigen Salzflußmitteln betrieben werden, Probleme mit Oxidrückständen haben, die sich an der Feuerfestauskleidung ansetzen. Ein wesentlicher Teil der beim Betrieb eines mit Brennstoff geheizten Flammenofens der Sekundärindustrie auftretenden Arbeit besteht darin, die Wände von derartigen Ansammlungen zu befreien. Es ist daher normal, die Wände nach fast jeder Füllung abzukratzen. Daher müssen üblicherweise Einrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um anhaftende Rückstände von den Innenwänden des Drehofens abzukratzen. Bei sehr kleinen Öfen kann dies durch Abkratzen von Hand geschehen. Bei größeren Öfen ist eine Art von mechanischer Hilfe erforderlich, die aus einem Kratzer bestehen kann, der auf einer beweglichen Einrichtung, wie z. B. einem Gabelstapler angeordnet ist, oder aus einem eigens dafür gebauten Kratzer besteht, wie er für das Reinigen von heißen Metalltiegeln benutzt wird. In den festen Rückständen aus dem Ofen können immer noch einige fein zerteilte Aluminiumpartikel enthalten sein, die beim Leeren sehr heftig reagieren können. Wenn es gewünscht wird, dieses fein zerteilte Aluminium zurückzugewinnen, müssen die Rückstände schnell zu einem geeigneten Krätzekühler gebracht werden. Falls es andererseits gewünscht ist, daß die Rückstände frei von metallischem Aluminium, Nitriden und Karbiden sind, um sie beispielsweise in der Feuerfestindustrie Verwenden zu können, dann können die Rückstände im Ofen 10 weiter behandelt werden, nachdem alles freie Metall abgestochen wurde, indem weiter Sauerstoff und andere Gase oder Wasser zugegeben werden, im wesentlichen indem die in Fig. 2b und 3 gezeigten Schritte wiederholt werden.
Bei Aluminiumschrott ist es unter Umständen nicht notwendig oder wünschenswert, die festen Rückstände nach jeder Schrottcharge zu entfernen, da die Menge der festen Rückstände, die hierbei entstehen, viel kleiner im Verhältnis zur Charge ist als bei Krätze. Daher kann der verschließbare Verschluß nach einem einzigen Abstich des freien Metalls aus einer ersten Charge geöffnet werden, eine weitere Charge eingefüllt, wie die erste Charge behandelt werden und mehr Metall abgestochen werden. Diese Schritte können sich fortsetzen, sogar halbkontinuierlich durchlaufend, wenn ein geeigneter Beschickungsmechanismus zur Verfügung steht, bis die Rückstandsmenge so groß geworden ist, daß der Prozeß dadurch negativ beeinflußt wird. Für die letzte Charge kann ein zweites Abstechen des geschmolzenen Metalls vorgesehen sein, um das Austragen von Metall mit der Entleerung des Rückstands zu vermindern.
Krätze aus anderen Aluminiumschmelzöfen und Öfen mit satzweiser Beschickung können in demselben System ebenfalls verarbeitet werden. In diesem Fall wird der Drehofen im allgemeinen mit Krätze bei einer Temperatur beschickt, bei der ein Brenner nicht gebraucht wird. In diesem Fall beginnt der Prozeß direkt mit der kontrollierten Gasströmungsphase mit Einbringung von Argon/Sauerstoff, um die gewünschte, gesteuerte Temperatur in der Charge für eine beste Agglomeration zu erreichen. Falls die Krätze zu weit abgekühlt ist, bevor sie in den Ofen eingebracht wird, kann der Brenner während einer kurzen Zeitdauer brennen, um die Temperatur auf das Reaktionsniveau zurückzubringen.
Um die Betriebskosten herabzusetzen und vorausgesetzt, daß die Zunahme des Aluminiumnitridgehalts in den Rückständen nicht zu beanstanden ist, kann der Sauerstoff in dem Sauerstoff-/Argongas, das benutzt wird, um die Oxidation der Charge zu steuern, teilweise oder vollständig durch Luft ersetzt werden.
Während die Benutzung von Salzflußmitteln, die bei oder ungefähr bei der Schmelztemperatur des zurückzugewinnenden Metalls flüssig sind, wie z. B. Natrium-, Magnesium-, Kalzium- oder Kaliumchloride im Falle von Aluminium, mit der vorliegenden Erfindung vermieden wird, können andere reaktive Chemikalien jedoch in den Ofen eingebracht oder der Charge beigegeben werden. Diese Chemikalien können hinzugefügt werden, um die Eigenschaften der Rückstände aus dem Ofen zu ändern, um die Wasserlöslichkeit zu vermindern, die Fließeigenschaften zu verbessern, um die Reinigung des Ofens zu erleichtern, oder um die Reaktivität der heißen Rückstände in der Luft zu verändern. Sie können auch hinzugefügt werden, um die Agglomeration des geschmolzenen Metalls im Ofen zu verbessern und um die Menge des in den aus den Ofen entfernten Rückständen eingeschlossenen Metalls zu verringern. Diese Chemikalien sollten bei den Betriebstemperaturen des Ofens fest und nicht flüchtig sein. Beispiele sind Oxide oder Karbonate von solchen Elementen wie Magnesium und Kalzium, oder Bor- oder Siliziumoxide. Gasförmige Chemikalien können ebenfalls der Strömung des inerten Gases/Sauerstoffs in den Ofen beigefügt werden, nachdem der Brenner 26 abgestellt wurde. Derartige Chemikalien können den Metallagglomerationsprozeß im Ofen oder die Reaktivität der Rückstände, wenn sie aus dem Ofen entfernt werden, verändern. Beispiele hierfür sind Schwefelhexafluorid (insbesondere wenn Aluminiumlegierungen, die Magnesium enthalten, oder Magnesiumlegierungen behandelt werden), Chlor, Stickstoff oder Kohlendioxid. Es kann auch Situationen geben, in denen es wünschenswert ist, Wasser als Flüssigkeit oder Dampf in den Ofen einzuführen, um den Nitrid- oder Karbidanteil in den Rückständen zu vermindern. Geeignete Anordnungen (nicht dargestellt) sind in diesem Fall der Vorrichtung hinzuzufügen, um die erwähnten Funktionen mit einer geeigneten Steuerung zu erreichen, was bekannter Stand der Technik ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch dazu benutzen, Legierungen des behandelten Metalls herzustellen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß geeignete Mengen des anderen Bestandteils (z. B. Kupfer, Silizium), der mit der Charge legiert werden soll, vor oder während der aktiven Heizphase hinzugefügt werden.
Wie vorstehend erwähnt, läßt sich Luft als Oxidationsmittel verwenden, wenn die Entsorgung der Krätzerückstände, die Stickstoffverbindungen enthalten, kein Problem darstellt. Unter bestimmten Umständen kann es tatsächlich vorteilhaft sein, derartige Stickstoffverbindungen in den Krätzerückständen zu haben. Insbesondere lassen sich derartige Stickstoff enthaltenden Krätzerückstände als Düngemittel oder Bodenverbesserer einsetzen. Dementsprechend läßt sich Luft vorteilhafterweise als Oxidationsmittel verwenden, wenn die Herstellung eines solchen Düngemittels oder Bodenverbesserers gewünscht wird. Es ist sogar möglich, Stickstoff selber als Oxidationsmittel zu verwenden, jedoch würde dies eine höhere Prozeßtemperatur (d. h. höher als 800ºC) als für den vorstehend beschriebenen Sauerstoffprozeß erfordern.

Claims

1. Verfahren zur Rückgewinnung eines Nichteisenmetalls in geschmolzener, zusammenhängender Form aus einer Charge (D) eines das Metall enthaltenden, zu behandelnden Materials, das die Schritte umfaßt:

- Einbringen der Charge in einen verschließbaren Ofen (10) mit einer inneren Kammer (12) zur Aufnahme der Charge;

- Verschließen des Ofens, um die Außenatmosphäre von der Innenkammer im wesentlichen fernzuhalten;

- Durchmischen der Charge;

- Beobachten eines für die Zustände im Ofen kennzeichnenden Kontrollparameters und Vergleichen dieses Parameters mit einem ersten, das beginnende thermische Reagieren des Metalls kennzeichnenden Parameter;

- Erwärmen der Charge mittels einer Wärmequelle (26), bis der Kontrollparameter den ersten Zustand erreicht;

- Beenden der Erwärmung durch die Wärmequelle;

- Einbringen (80) einer geregelten Menge eines Oxidationsmittels und eines inerten Trägers in den Ofen;

- Beobachten des Kontrollparameters und Vergleichen mit einem zweiten Zustand des Parameters, der für einen Zustand kennzeichnend ist, bei dem die Agglomeration des Metalls erfolgt;

- Steuern des Zustroms des Oxidationsmittels und des Trägers, um den Kontrollparameter in etwa dem zweiten Zustand zu halten; und

- schließliches Abstechen (46) des geschmolzenen Metalls aus dem Ofen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall aus der Gruppe Aluminium und Aluminiumlegierungen ausgewählt wird und das zu behandelnde Material aus der Gruppe Krätze, fein zerteilter Schrott und dünner Schrott ausgewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Oxidationsmittel aus der Gruppe Sauerstoff und Luft ausgewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Träger Argongas ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Kontrollparameter eine Kontrolltemperatur ist, die kennzeichnend für die Chargentemperatur ist, und bei dem der erste Zustand der Kontrolltemperatur durch eine vorbestimmte Chargentemperatur im Bereich von etwa zwischen 600ºC bis 700ºC gekennzeichnet ist, und bei dem der zweite Zustand der Kontrolltemperatur durch eine vorbestimmte Chargentemperatur im Bereich von etwa zwischen 700ºC bis 900ºC gekennzeichnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der zweite Zustand der Kontrolltemperatur durch eine vorbestimmte Chargentemperatur im Bereich von etwa zwischen 750ºC bis 800ºC gekennzeichnet ist.

7. Verfahren zur Rückgewinnung eines Nichteisenmetalls in geschmolzener, zusammenhängender Form aus einer Charge (D) eines das Metall enthaltenen Materials mit einer Temperatur oberhalb einer ersten Temperatur, das die Schritte umfaßt:

- Einbringen der Charge (D) in einen verschließbaren Ofen (10) mit einer Innenkammer (12) zur Aufnahme der Charge;

- Durchmischen der Charge;

- Einbringen von geregelten Mengen eines Oxidationsmittels und eines inerten Trägers in den Ofen;

- Beobachten einer Kontrolltemperatur und Vergleichen mit einer zweiten, für einen Zustand, bei dem die Agglomeration des Metalls erfolgt, kennzeichnende zweite Temperatur;

- Steuern des Zustroms des Oxidationsmittels und des Trägers, um die Kontrolltemperatur bei ungefähr der zweiten Temperatur zu halten und

- anschließendes Abstechen (46) des geschmolzenen Metalls aus dem Ofen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Metall aus der Gruppe Aluminium und Aluminiumlegierungen ausgewählt wird und das zu behandelnde Material aus der Gruppe Krätze, fein zerteilter Schrott und dünner Schrott ausgewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Oxidationsmittel aus der Gruppe Sauerstoff und Luft ausgewählt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Träger Argongas ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die erste Temperatur in dem Bereich von etwa zwischen 600ºC bis 700ºC liegt und die zweite Temperatur mit durch eine vorbestimmte Chargentemperatur im Bereich von etwa zwischen 700ºC bis 900ºC in Beziehung steht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die zweite Temperatur durch eine vorbestimmte Chargentemperatur im Bereich von etwa zwischen 750ºC bis 800ºC gekennzeichnet ist.

13. Vorrichtung zum Rückgewinnen eines Nichteisenmetalls in geschmolzener, zusammenhängender Form aus einer Charge (D) eines das Metall enthaltenden, zu behandelnden Materials, mit

- einem verschließbaren Ofen (10) mit einer Innenkammer (12) zur Aufnahme des Materials, wobei der Ofen verschließbar ist, um die Außenatmosphäre von der Innenkammer im wesentlichen fernzuhalten;

- einer Einrichtung (32) zum Durchmischen des Materials;

- einer Einrichtung (80, 84), um ein Oxidationsmittel in den Ofen einzubringen;

- einer Einrichtung (55, 80) zum Einbringen eines inerten Trägers in den Ofen;

- einer Einrichtung (36, 38, 38a, 52, 54) um Zustände im Ofen zu beobachten, die kennzeichnend für das beginnende thermische Reagieren des Metalls sind und bei denen die Agglomeration des Metalls erfolgt; und

- einer Einrichtung (52) zum Steuern des Zustroms des Oxidationsmittels und des Trägers in den Ofen in Abhängigkeit von den beobachteten Zuständen bis zu dem Zeitpunkt, an dem ein vorbestimmter, gewünschter Zustand des Materials erreicht ist, der für die Zustände kennzeichnend ist, bei denen die Agglomeration des Metalls eintritt, wonach das Material in diesem Zustand gehalten wird, bis es entfernt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Ofen eine Kammer (12), die eine Längsachse und eine Öffnung (29) an wenigstens einem Längsende bestimmt, eine feststehende Bauteileinrichtung (27), die in einer feststehenden Arbeitsstellung in der Öffnung gehalten wird sowie eine Verschluß- und Abdichteinrichtung (20, 22), die mit der feststehenden Bauteileinrichtung und der Kammer zusammenwirkt, um die Öffnung zu verschließen und einen Gasstrom zwischen dem Inneren des Ofens und außen zu verhindern, umfaßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Einrichtungen zum Einbringen ein Oxidationsmittelsteuerventil (86) und ein Trägergassteuerventil (56) umfaßt, wobei die feststehende Bauteileinrichtung eine Düseneinrichtung (80) zum Einbringen des Oxidationsmittels und des Trägergases in den Ofen umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Ofen des weiteren eine Wärmequelle (26) zum Erhitzen des Materials umfaßt, die auf Zustände im Ofen anspricht, wobei diese Wärmequelle aus der Gruppe Plasmabrenner, Brennstoff-Sauerstoff-Brenner, Brennstoff-Luft-Brenner ausgewählt ist und die feststehende Bauteileinrichtung des weiteren die Wärmequelle umfaßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Wärmequelle (26) ein Brennstoff-Luft-Brenner ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Abschluß- und Abdichteinrichtung eine bewegliche Verschlußanordnung (20a), an der die feststehende Bauteileinrichtung (27a) angeordnet ist sowie eine Abdichtanordnung (22a), die zwischen dem Verschluß und einer äußeren Fläche zusammenwirkt, umfaßt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Kammer einen Ringflansch (23) aufweist, der außen an der Kammer in einer Querebene zur Längsachse angeordnet ist, wobei eine Außenfläche des Flanschs eine Dichtfläche bestimmt, mit der die Dichtanordnung im Betrieb zusammenwirkt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Kammer eine Lippe (50) aufweist, die die Kammeröffnung begrenzt, wobei der Ringflansch zum anderen Ende der Kammer hin beabstandet von der Lippe verlagert ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die zu beobachtenden Zustände im Ofen die Temperatur des zu behandelnden Materials einschließen, wobei die Vorrichtung des weiteren eine Temperaturmeßeinrichtung (36) umfaßt, die vom Inneren des Ofens entfernt angeordnet ist und auf die Zustände im Ofen anspricht.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die Steuereinrichtung (52) in Abhängigkeit von den durch die Temperaturmeßeinrichtung gemessenen und mit einer vorbestimmten Soll-Temperatur verglichenen Temperatur betätigbar ist, um die Steuerventile (56, 86) für das Oxidationsmittel und das inerte Trägergas zu steuern.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Steuereinrichtung (52) des weiteren in Abhängigkeit von durch die Temperaturmeßeinrichtung gemessenen und mit einer vorbestimmten anderen Soll-Temperatur verglichenen Temperaturen betätigbar ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, mit einer zusätzlichen Druckmeßeinrichtung (54), die im Ofen angeordnet ist und einer Abgasdrosseleinrichtung (44) in der Abgasleitung, wobei die Steuereinrichtung (52) in Abhängigkeit von durch die Druckmeßeinrichtung gemessenen und mit einem vorgegebenen Soll-Druck verglichenen Drücken betätigbar ist, um die Betätigung der Abgasleitung und des Steuerventils für das inerte Trägergas zu steuern.

25. Verfahren zur Rückgewinnung eines Nichteisenmetalls in geschmolzener, zusammenhängender Form aus einer Charge (D) eines das Metall enthaltenden, zu behandelnden Materials, das die Schritte umfaßt:

- Einbringen der Charge in Abwesenheit eines Salzflußmittels in einen verschließbaren Ofen (10) mit einer Innenkammer (12) zur Aufnahme der Charge;

- Durchmischen der Charge;

- Beobachten eines für die Zustände im Ofen kennzeichnenden Kontrollparameters und Vergleichen mit einem ersten, das beginnende thermische Reagieren des Metalls kennzeichnenden Parameter;

- Erwärmen der Charge mittels einer einen Brennstoff-Brenner aufweisenden Wärmequelle (26), bis der Kontrollparameter den ersten Zustand erreicht hat;

- Beenden des Betriebs der einen Brennstoff-Brenner aufweisenden Wärmequelle;

- Beobachten des Kontrollparameters und Vergleichen mit einem zweiten Zustand des Parameters, der für Zustände kennzeichnend ist, bei denen die Agglomeration des geschmolzenen Metalls erfolgt;

- Steuern des Zustroms des Oxidationsmittels und des Trägers, um den Kontrollparameter bei ungefähr dem zweiten Zustand zu halten und

- anschließendes Abstechen (46) des geschmolzenen Metalls aus dem Ofen, wodurch das Metall ohne die Verwendung von Salzflußmittel zurückgewonnen wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der Brennstoff-Brenner aus der Gruppe Brennstoff-Luft-Brenner, Brennstoff-Sauerstoff- Brenner oder brennstoffangereicherte Luft-Brenner ausgewählt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das Metall aus der Gruppe Aluminium und Aluminiumlegierungen ausgewählt wird und das zu behandelnde Material aus der Gruppe Krätze, fein zerteilter Schrott und dünner Schrott ausgewählt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das Oxidationsmittel aus der Gruppe Sauerstoff und Luft ausgewählt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem der Träger Argongas ist.

30. Verfahren nach Anspruch 29, bei dem der Kontrollparameter eine die Chargentemperatur kennzeichnende Kontrolltemperatur ist, wobei der erste Zustand der Kontrolltemperatur für eine Chargentemperatur im Bereich von etwas zwischen 600º bis 700ºC und der zweite Zustand der Kontrolltemperatur für eine Chargentemperatur im Bereich von etwa zwischen 700ºC bis 900ºC kennzeichnend ist.