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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein
das Recycling von Abfallmetall und insbesondere die Herstellung
von metallischem Einsatzmaterial aus Abfallmetall, beispielsweise
den Metallanteilen von elektrischen Geräten wie Klimageräten oder
Kühlgeräten.
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Stand der
Technik
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Nach bisheriger Recyclingpraxis wird
das zu Schrott zerkleinerte Abfallmetall zunächst magnetisch in einen Eisen-
und einen Nichteisenanteil getrennt, und der abgetrennte Eisenanteil
wird ohne weitere Sortierung in einen Kupolofen gegeben, um ein
Eiseneinsatzmaterial zu erzeugen. Damit der Eisenanteil in den Kupolofen
eingebracht werden kann, muss er in die Form von Blöcken gebracht
werden, die etwa so groß sind wie
feuerfeste Normalsteine, damit das Eisenmaterial nicht durch heiße Luft
im Kupolofen nach oben geblasen wird.
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Zur Herstellung der Eisenblöcke kann
das Eisenmaterial beispielsweise mit einer Presse zusammengepresst
werden. Wenn jedoch das Eisenmaterial sowohl Blechschrott – eben oder
verformt – als
auch Gussblöcke
enthält,
kann das Eisenmaterial wegen der Gussblöcke oft nur schwer zu Eisenblöcken zusammengepresst
werden. Daher wird das magnetisch getrennte Eisenmaterial bisher
nur als Schrott minderer Qualität verwendet.
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In manchen Fällen wird der blechförmige Eisenschrott
noch von den Gussblöcken
abgetrennt und zusammengepresst, um als metallisches Einsatzmaterial
wiederverwendet zu werden. Der zusammengepresste Eisenschrott wird
in einen Schmelzofen, beispielsweise einen Kupolofen oder einen
Elektroofen, gegeben. Nach dem Einbringen des metallischen Einsatzmaterials
in den Ofen muss in diesem Fall jedoch ein Gemisch von Inhaltseinstellmitteln
bzw. Zuschlagstoffen wie Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor
und/oder Schwefel in den Ofen gegeben werden, um die Konzentration
der in der Schmelze im Ofen enthaltenen Verunreinigungen einzustellen.
Diese Zuschlagstoffe müssen
in einem Mischungsverhältnis
gemischt werden, das vom Ver wendungszweck abhängig ist, für den das aus dem metallischen
Einsatzmaterial entstandene Recyclingmaterial vorgesehen ist. Beispielsweise
könnte
das metallische Einsatzmaterial als Material für Teile eines elektrischen
Kompressors verwendet werden, wie er normalerweise in Klima- oder
in Kühlgeräten enthalten ist.
In diesem Fall ist die in Tabelle 1 ausgewiesene Zusammensetzung
erforderlich.
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Weil diese Zuschlagstoffe ein relativ
geringes Gewicht haben, neigen sie dazu, in einer oberen Schicht der
Eisenschmelze im Ofen zu schwimmen. Die in der oberen Sichicht der
Schmelze aufschwimmenden und nicht gut mit der Schmelze vermischten
Zuschlagstofte können
oxidiert und zu Schlacke werden. Das bringt die Probleme mit sich,
die mit einer geringen Effizienz der Verwendung der Zuschlagstoffe
verbunden sind und erhöht
die Staubmenge. Ferner besteht das Problem, dass das Einbringen
der Zuschlagstoffe gefährlich
ist und dass die Schlacke in einem eigenen Schritt entfernt werden
muss.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung,
eine effiziente und sichere Herstellung von metallischem Einsatzmaterial
aus Abfallmetall zu ermöglichen,
damit die Metallprodukte recycelt werden können, ohne dass die Effizienz
des Einsatzes der Zuschlagstoffe sinkt.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, das metallische Einsatzmaterial so bereitzustellen, dass
es beim Einspeisen in einen Kupolofen weder auffliegt, noch beim
Hineinfallen in den Kupolofen auseinanderbricht.
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Zu diesem Zweck stellt die Erfindung
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen des metallischen
Einsatzmaterials aus dem Abfallmetall zur Verfügung. Gemäß der Erfindung kann das metallische
Einsatzmaterial aus Abfallmetall gewonnen werden, indem die Metallprodukte
zerkleinert werden, die Schrottteile magnetisch in blechförmigen Eisenschrott
und Eisengussblöcke
getrennt werden, die Gusseisenblöcke
zwischen dem blechförmigen
Eisenschrott zu einer Sandwichstruktur angeordnet werden und die
Sandwichstruktur zusammengepresst wird, um das Eiseneinsatzmaterial
zu bilden.
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Erfindungsgemäß werden der blechförmige Schrott
und die Gussblöcke
fest zu einem schweren Metalleinsatzmaterial miteinander verbunden.
Das Metalleinsatzmaterial fliegt im Kupolofen nicht nach oben und kann
effizient als Gussmaterial verwendet werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beinhaltet der Schritt des magnetischen Trennens einen
ersten Trennschritt, bei dem der blechförmige Eisenschrott ausgesondert
wird, und einen zweiten Trennschritt, bei dem die Gusseisenblöcke ausgesondert
werden. Die im zweiten Trennschritt um die Schrottteile eingesetzte
magnetische Flussdichte wird vorzugsweise höher eingestellt als während des
ersten Trennschrittes. Diese Beziehung trägt dazu bei, die Effizienz
der Wiedergewinnung von Eisenteilen zu verbessern und den im sich
ergebenden Eiseneinsatzmaterial enthaltenen Kupferanteil zu verringern.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung können
außerdem
nach dem magnetischen Trennschritt die Gusseisenblöcke, die
eine vorgegebene Größe nicht
erreichen, abgetrennt werden. Da die Gusseisenblöcke, die eine vorgegebene Größe überschreiten,
ohne Pressvorgang in den Kupolofen gegeben werden können, verbessert
die zusätzliche
Abtrennung die Produktivität
des Metalleinsatzmaterials.
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Der Anteil des blechförmigen Eisenschrotts
an der Sandwichstruktur sollte mehr als 60 Gew.-% ausmachen, um
zu verhindern, dass das entstehende Metalleinsatzmaterial beim Hineinfallen
in den Kupolofen auseinanderfällt.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung können
der Sandwichstruktur Zuschlagstoffe beigemischt werden. Dadurch
entfällt
der gefahrenträchtige
Vorgang der Zugabe der Zuschlagstoffe zu der Eisenschmelze im Kupolofen.
Durch Zugabe der Zuschlagstoffe zu der Sandwichstruktur sinken die
Zuschlagstoffe in der Eisenschmel ze nach unten und werden nicht
oxidiert. Das Beimischen der Zuschlagstoffe kann somit gleichmäßiger erfolgen
und die Effizienz der Zugabe von Zuschlagstoffen gesteigert werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung weist die Vorrichtung zur Herstellung von Metalleinsatzmaterial
aus Abfallmetall folgendes auf:
ein erstes, ein zweites und
ein drittes Messmittel zum Erfassen von Eisenstücken, wobei das erste und das zweite
Messmittel für
blechförmigen
Eisenschrott bestimmt sind und das zweite Messmittel für Gusseisenblöcke, wobei
der Schrott und die Blöcke
durch Zerkleinern von Abfallmetall erhalten werden;
ein drittes
Messmittel zum Erfassen des Anteils an blechförmigem Eisenschrott;
ein
Transportmittel zum aufeinanderfolgenden Transportieren des blechförmigen Schrotts,
der Gussblöcke und
des blechförmigen
Schrotts, deren Menge durch das erste bzw. das zweite bzw. das dritte
Messmittel erfasst wurde;
ein Haltemittel zum Aufnehmen und
Halten des blechförmigen
Schrotts, der Gussblöcke
und des blechförmigen
Schrotts, die durch das Transportmittel transportiert worden sind;
und
ein Pressmittel zum gleichzeitigen Pressen des blechförmigen Schrotts,
der Gussblöcke
und des blechförmigen
Schrotts in dem Haltemittel, um ein Gusseinsatzmaterial in Sandwichstruktur
zu bilden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird jeweils eine vorgegebene Menge von blechförmigem Schrott und von Gussblöcken zu
einem Gusseinsatzmaterial in Sandwichstruktur zusammengepresst.
Damit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
das Abfallmetall effizient recyceln.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Zerkleinerungsmittel
zum Zerkleinern der Metallprodukte und ein Trennmittel zum Trennen
der zerkleinerten Metallprodukte haben.
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Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung
außerdem
ein Zuführmittel
zum Zuführen von
zumindest einem Inhalteinstellmittel zu dem Transportmittel. Das
dem Transportmittel zugeführte
Inhalteinstellmittel wird der Gusseinsatzmaterial-Sandwichstruktur
beigemischt.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
Erfindung enthält
das Metalleinsatzmaterial Gussblöcke
und blechförmigen
Schrott, wobei die Gussblöcke
zwischen dem blechförmigen
Schrott angeordnet sind und alles zu einem Metalleinsatzmaterial
in Sandwichstruktur zusammengepresst wird. Das Gusseinsatzmaterial
ist zu einer festen Einheit verbunden und so schwer, dass es in
den Kupolofen hineinfällt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die genannten und weitere Aufgaben
und Merkmale der Erfindung werden besser ersichtlich aus der Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen gleiche Teile durchgängig mit demselben Bezugszeichen
bezeichnet sind. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm des Verfahrens zum Herstellen eines Metalleinsatzmaterials
aus Abfallmetallprodukten gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung der Schritte Zerkleinern und Trennen der
Metallprodukte;
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3 eine
perspektivische Teilansicht einer Vorrichtung zur Bildung dass Metalleinsatzmaterials
aus Abfallmetall;
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4 eine
schematische Darstellung des Schrittes Zusammenpressen von blechförmigem Schrott und
aus den zerkleinerten Metallteilen abgetrennten Gussblöcken;
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5 eine
perspektivische Ansicht des Metalleinsatzmaterials, das mit einer
Presse zu einer Sandwichstruktur zusammengepresst worden ist;
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6 eine
graphische Darstellung der magnetischen Flussdichte eines magnetischen
Separators.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die vorliegende Anmeldung basiert
auf der am 16.12.1998 in Japan eingereichten Anmeldung Nr. 10-357477.
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Gemäß 1 werden weggeworfene Metallprodukte
zu Eisenstücken
zerkleinert, die blechförmige
Eisenstücke 4,
Gusseisenstücke 6 sowie
Nichteisenstücke 8 umfassen.
Anschließend
trennt ein magnetischer Separator 10 die Eisenstücke von
den Nichteisenstücken 8 ab.
Die Eisenstücke
werden dann in einen Schmelzofen, beispielsweise einen Kupolofen
oder einen Elektroofen, gegeben, um die Eisenstücke als Metalleinsatzmaterial
zu recyceln.
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Die einzelnen Schritte des Zerkleinerns
und Trennens der Abfallprodukte sind irr 2 dargestellt. Die Abfallprodukte werden
in einen Zerkleinerer 2 gegeben und zu Eisen- und Nichteisenstücken zerkleinert.
Dieser Schrott wird mittels einer vibrierenden Fördereinrichtung unter einen
ersten magnetischen Separator 12 und einen zweiten magnetischen
Separator 14 transportiert, so dass die Schrottteile in
den blechförmigen Schrott 4,
die Gussblöcke 6 und
den Nichteisenschrott 8 getrennt werden können.
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Der erste Separator 2 zieht
nur den blechförmigen
Schrott 4 aus den Schrottteilen an, während der Rest, d. h. die Gussblöcke 6 und
der Nichteisenschrott 8 mit der Fördereinrichtung 10 zum
zweiten magnetischen Separator 14 weitertransportiert wird
(erste magnetische Trennung). Der zweite Separator 14 zieht hauptsächlich die
Gussblöcke 14 an
(zweite magnetische Trennung). Die Nichteisenstücke 8, die vom Separator 14 nicht
angezogen worden sind, fallen von der Fördereinrichtung 10 herunter.
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Die Magnetkraft des zweiten Separators 14 wird
auf einen höheren
Wert eingestellt als beim ersten Separator 12, so dass
der zweite Separator 14 alle Eisenstücke anziehen kann, die vom
ersten Separator 12 nicht angezogen worden sind.
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Die vom zweiten Separator 14 angezogenen
Teile unterschiedlicher Größe werden
von einem Größenauswählmittel,
beispielsweise einem Sieb oder einem magnetischen Separator, in
zwei Gruppen unterteilt, von denen die eine Teile enthält, die
eine vorgegebene Größe, beispielsweise
20 mm im Quadrat, überschreiten,
und die andere Teile enthält,
die diese Größe unterschreiten.
Die erste Gruppe von Eisenstücken
wird un mittelbar in einen Kupolofen gegeben. Die zweite Gruppe von
Eisenstücken
dagegen wird mit dem blechförmigen
Schrott 4, der vom ersten Separator 12 abgetrennt
worden ist, zusammengepresst, weil Teile, die kleiner sind als die
vorgegebene Größe, von
dem aufsteigenden Heißluftstrahl
im Kupolofen nach oben geblasen werden.
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Wie in 3 gezeigt,
besitzt eine Sandwich-Pressvorrichtung 15, die ein Metalleinsatzmaterial
aus dem blechförmigen
Schrott 4 und den Gussblöcken 6 formt, einen
ersten Trichter 16 für
den Eisenschrott 4, einen zweiten Trichter 18 für die Eisenblöcke 6 und
einen dritten Trichter 20 für den Eisenschrott 4.
Unmittelbar unter dem Auslass des ersten Trichters 16,
des zweiten Trichters 18 und des dritten Trichters 20 ist
das erste Wiegeband 22 bzw. das zweite Wiegeband 24 bzw.
das dritte Wiegeband 26 angeordnet. Unter den stromabwärts liegenden
Enden der Wiegebänder 22, 24 und 26 ist
ein Zuführband 28 angeordnet.
Unter dem stromabwärts
liegenden Ende des Zuführbands 28 ist
eine Zuführrutsche 30 angeordnet.
Ein Auslass der Zuführrutsche 30 ist
mit der Trommel 32a verbunden, die ein Teil der Presse 32 ist.
Unter der Presse 32 ist eine Auswurfvorrichtung 34 angeordnet,
um das von der Presse 32 gebildete sandwichartige Einsatzmaterial
auszuwerfen.
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Im folgehden wird die Arbeitsweise
der Sandwich-Presse 15 beschrieben. Von dem in der Vorrichtung von 2 zerkleinerten und getrennten
Schrott wird der blechförmige
Schrott 4 in den ersten Trichter 16 und in den
dritten Trichter 20 gefüllt.
Diejenigen Gussblöcke 6,
welche die vorgegebene Größe unterschreiten,
werden in den zweiten Trichter 18 gefüllt. Die von den Trichtern 16, 18 und 20 aufgenommenen
Eisenstücke
werden gewogen und von den Wiegebändern 22 bzw. 24 bzw. 26 zum
Zuführband 28 transportiert.
Dann werden die vom Zuführband 28 aufgenommenen
Eisenstücke
durch die Zuführrutsche 30 nacheinander
der Trommel 32a zugeführt,
und zwar in der Reihenfolge Eisenschrott 4, Eisenblöcke 6,
Eisenschrott 4. Die in die Trommel 32a gefüllten Eisenstücke werden
von einem Kolben 32b, der mit einem Zylinder 32c verbunden
ist, zusammengepresst, wodurch das Metalleinsatzmaterial gebildet
wird. Das so entstandene Metalleinsatzmaterial wird von der Auswurfvorrichtung 32 aus
der Presse 32 ausgeworfen.
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Wie in 4 gezeigt,
geschieht im einzelnen folgendes: Eine vorgegebene Menge Eisenblöcke 6,
Eisenschrott 4 und Eisenschrott 4 wird übereinandergestapelt,
wobei die Eisenblöcke 6 zwischen
den Eisenschrott 4 gebracht werden. Durch Zusammenpres sen
der geschichteten Eisenteile durch die Presse 32 entsteht
das in 5 gezeigte Metalleinsatzmaterial 36 in
Sandwichstruktur. Das Einsatzmaterial 36 hat das nötige Gewicht,
um in den Kupolofen zu fallen, ohne vom Heißluftstrom nach oben geblasen
zu werden.
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Die Sandwich-Presse 15 kann
einen Einstelltrichter haben, der das Inhaltseinstellmittel aufnimmt.
Das aufgenommene Inhaltseinstellmittel wird abgewogen und eine bestimmte
Menge davon wird auf dem Zuführband 28 zwischen
den vom Band 22 und vom Band 26 zugeführten Eisenschrott 4 gegeben.
Dann wird das Inhaltseinstellmittel mit den zwischen zwei Lagen
Eisenschrott 4 liegenden Eisenblöcken 6 zusammengepresst.
Auf diese Weise kann das Inhaltseinstellmittel in das Einsatzmaterial
eingebracht werden.
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Von den fünf Verunreinigungselementen
in Gusseisen (C, Si, Mn, P und S) liegen Si und Mn normalerweise
als Körner
von 50 mm Durchmesser vor und können
unmittelbar in den Einstelltrichter gegeben werden. Da C, P und
S jedoch normalerweise als Körner
von 5 mm Durchmesser oder 1–2
mm große
Teilchen vorliegen, können
sie in einem Beutel, beispielsweise einer Papiertüte, zugeführt werden.
Andere Elemente wie Ti, Sb oder Cr können ähnlich zugeführt werden:
Große
Körner
werden direkt in den Trichter gegeben, kleine Körner oder Teilchen in einem
Beutel.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschrieben.
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In diesem Beispiel ist das Abfallmetallprodukt
ein elektrischer Kompressor, der in einem Außenklimagerät verwendet wurde. Der Zerkleinerer
2,
der erste magnetische Separator
12, der zweite magnetische
Separator
14, das Rüttelband
10 und
die Presse
32 haben folgende Daten: Zerkleinerer
2:
| Standardkapazität | 5
t/h |
| Antriebsmotor | 90
bis 132 kW |
| Einlassgröße (Breite × Tiefe) | 900 × 1200 mm |
magnetische
Separatoren 12 und 14:
| Typ | Dauermagnete |
| Magnet | anisotroper
Strontiumferritmagnet |
| Oberflächenmagnetflussdichte | 800
Gauss |
| Magnetgröße | B × H × L 320mm × 100mm × 1800 mm |
Rüttelband
10:
| Schwingungsamplitude | 16
mm |
| Frequenz | 520
Einheiten pro Minute |
Presse
32:
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Der Kompressor wurde aus dem Außenklimagerät ausgebaut.
Nachdem ein Akkumulator vom Kompressor abgeschnitten worden war,
wurde das Öl
aus dem Kompressorkörper
und dem Akkumulator entfernt. Mit dem Kompressor verbundene Kupferrohre
wurden abgeschnitten, um die Beimengung von Kupfer im fertigen Metalleinsatzmaterial 36 zu
verringern. Der Kupfergehalt des Einsatzmaterials 36 sollte
unter 0,1% liegen, damit das Metalleinsatzmaterial 36 leicht
geschnitten werden kann.
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Die Höhe des Auslasses des Zerkleinerers 2 wurde
auf 30 mm festgelegt, um zu verhindern, dass sich eine Wicklung
des Zerkleinerermotors (ein Kupferdraht) um den Eisenschrott wickelt.
Der Kompressorkörper und
der Akkumulator wurden dann in den Zerkleinerer 2 geworfen.
Der Eisenschrott 4 und die Eisenblöcke 6 wurden voneinander
getrennt, wozu sie mittels des Rüttelbands 10 unter
den ersten magnetischen Separator 12 und den zweiten magnetischen
Separator 14 transportiert wurden. Der Abstand zwischen
der Fördereinrichtung 10 und
dem ersten Separator 12 wurde auf 220 bis 240 mm eingestellt,
und der Abstand zum zweiten Separator 14 wurde auf einen
kleineren Wert eingestellt, beispielsweise auf etwa 150 mm, so dass
vom ersten Separator 12 selektiv der Eisenschrott 4 und
vom zweiten Separator 14 selektiv die Eisenblöcke 6 angezogen wurden.
Wenn der Abstand zum ersten Separator 12 auf 150 mm eingestellt
wurde, wurde wegen der zu großen
magnetischen Induktion der Eisenschrott 4 zusammen mit
den Eisenblöcken 6 angezogen,
so dass keine selektive Trennung erfolgen konnte.
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Die an der Fördereinrichtung 10 gemessene
magnetische Flussdichte ist in Tabelle 2 ausgewiesen, wobei der
Abstand zwischen Fördereinrichtung
und magnetischem Separator 150 mm bzw. 220 mm bzw. 240 mm betrug.
Die Tabelle 2 zeigt auch die horizontale Verteilung der magnetischen
Flussdichte. Die Tabelle 2 ist in 6 graphisch
dargestellt. Diese Werte und die oben beschriebene Versuchsanordnung
zeigen an, dass die magnetische Flussdichte des ersten Separators
an der Fördereinrichtung 10 unter
etwa 200 Gauss liegen sollte.
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Die abgetrennten Eisenblöcke 6 wurden
mittels eines Siebs weiter in zwei Gruppen unterteilt, wobei die
eine Gruppe Größen von
mehr als 20 mm und die andere Gruppe Größen von weniger als 20 mm aufwies. Die
Blöcke
von letzterer Gruppe wurden mit dem Eisenschrott übereinandergeschichtet,
wie in 4 gezeigt, und
dann zusammengepresst. Damit wurde ein scheibenförmiges Metalleinsatzmaterial 36 wie
das in 5 gezeigte gebildet.
Das Einsatzmaterial 36 hatte eine Größe von 130 mm (Durchmesser) × 49 mm
(Dicke) und ein Gewicht von etwa 2 kg.
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Es muss wohl nicht eigens gesagt
werden, dass das Einsatzmaterial umso fester wird, je höher der Gewichtsanteil
des Schrotts 4 relativ zu den Blöcken 6 ist. Selbst
wenn jedoch das Gewichtsverhältnis
Schrott zu Blöcken
nur 6 zu 4 betrug, blieb die Sandwichstruktur
der Scheibe beim Fallen erhalten und konnte die Scheibe als Einsatzmaterial
verwendet werden. Bei einem Gewichtsverhältnis von 5 zu 5 zerfielen
einige der Scheiben beim Fallen. Wenn jedoch der Schrott eine längliche
Form hatte und leicht verformbar war, war sogar eine Kombination
im Gewichtsverhältnis
2 zu 8 möglich.
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Wenngleich die bei diesem Beispiel
verwendeten magnetischen Separatoren 12 und 14 beide
Dauermagneten waren, kann auch ein magnetischer Separator mit einem
Elektromagneten verwendet werden.
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Wenn als Fördereinrichtung 10 der
Mehrschritt-Förderer
verwendet wird, um die zerkleinerten Teile einzuwerfen, wird das
Verheddern der Schrottteile verringert und damit beispielsweise
der Kupfergehalt effizient abgesenkt.
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Wenngleich die Erfindung anhand von
Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig beschrieben
worden ist, sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass für den Fachmann
zahlreiche Abwandlungsmöglichkeiten
erkennbar sind.
