EP1721995A1 - Metallschmelz-Drehtrommelofen - Google Patents

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EP1721995A1
EP1721995A1 EP05028159A EP05028159A EP1721995A1 EP 1721995 A1 EP1721995 A1 EP 1721995A1 EP 05028159 A EP05028159 A EP 05028159A EP 05028159 A EP05028159 A EP 05028159A EP 1721995 A1 EP1721995 A1 EP 1721995A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
molten metal
drum
furnace according
protective gas
heat source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05028159A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sug Schmelz- und Giessanlagen & Co KG GmbH
Original Assignee
Sug Schmelz- und Giessanlagen & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sug Schmelz- und Giessanlagen & Co KG GmbH filed Critical Sug Schmelz- und Giessanlagen & Co KG GmbH
Publication of EP1721995A1 publication Critical patent/EP1721995A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/0084—Obtaining aluminium melting and handling molten aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22B21/00—Obtaining aluminium
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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
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    • F27D2019/0034—Regulation through control of a heating quantity such as fuel, oxidant or intensity of current
    • F27D2019/004—Fuel quantity
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    • F27D2019/004—Fuel quantity
    • F27D2019/0043—Amount of air or O2 to the burner

Definitions

  • the invention relates to a molten metal (rotary) drum furnace, in particular for remelting aluminum, with a rotatable kiln drum whose drum shell has at least one stirring body, and with a heat source producing a molten metal in the interior of the kiln drum.
  • the protection bath is generally realized by covering the molten metal with a salt cover.
  • the salt cover essentially performs three functions. First, it protects the molten metal from the regularly used flame of a burner as a heat source. On the other hand, the salt cover ensures that the molten metal is not oxidized by oxygen necessarily present in the furnace. Finally, contaminants in the metal are advantageously bound in the salt. However, the salt or the dross produced in this way represents hazardous waste with correspondingly high landfill costs.
  • the invention is based on the technical problem of further developing a molten metal (rotary) drum furnace of the initially described embodiment such that the salt consumption is reduced again with little constructional and financial outlay compared to previous approaches.
  • the invention proposes in a generic molten metal drum furnace, in particular molten metal rotary drum furnace, that the space above the molten metal in the interior of the furnace drum is filled with a protective gas atmosphere.
  • the protective gas atmosphere is a gas atmosphere which contains virtually no reaction gases which form a compound with the molten metal. Consequently, in the case of aluminum, a protective gas atmosphere means such a gas atmosphere whose oxygen content is low or almost zero in order to prevent oxidation of the aluminum melt at the surface. In this case, can be dispensed with an additional protection bath, although such an option is of course possible as an option. Either way, the salt consumption can be drastically reduced and even reduced to zero. Because the absence of one or more reaction gases in the protective gas atmosphere ensures that the molten metal undergoes no chemical change, thus practically 100% suitable for further processing.
  • the protective gas atmosphere may also be predominantly exhaust gas, which for example, originates from the heat source. Because this heat source usually protrudes at least partially into the interior of the furnace drum and burns mainly oxygen.
  • Oxygen thus represents the combustion gas for the heat source and it is important to set the inert gas atmosphere as low as possible combustion gas or even combustion gas, because in the case of aluminum as molten metal and oxygen as the combustion gas, the oxygen is simultaneously a reaction gas. On the whole, however, it is also possible to work with a given combustion gas content in the protective gas atmosphere in order to maintain the operation of the heat source by burning the combustion gas content in the protective gas atmosphere.
  • this combustion gas or oxygen in general can also be supplied from the outside directly to the burner or the heat source, so that in this case with a combustion gas or reaction gas-free gas atmosphere is used as a protective gas atmosphere.
  • the heat source is usually a natural gas or oil-air burner arranged on an end face in an oven door.
  • the heat transfer takes place on the melt, regularly secondary aluminum, by radiation and conduction, less by convection.
  • the burner flame is directed at a shallow angle against a furnace lining and not directly at the metal bath.
  • the exhaust gas which is hot up to 950 ° C., usually leaves the furnace drum on the side opposite the burner or the heat source. It contains predominantly low-oxygen or low-reaction-gas exhaust gas, why this exhaust gas can be used advantageously for the construction of the inert gas atmosphere.
  • the protective gas for example nitrogen
  • the protective gas for example nitrogen
  • the protective gas can be circulated.
  • the previously described protective gas nitrogen
  • the total exhaust gas flow is returned to the inlet for the protective gas. Since the exhaust gas is low in combustion gas or low in reaction gas, it has an advantageous effect (with or without additional nitrogen) as protective gas.
  • the stirring body consists of iron and / or has a metallic core with refractory coating. Because in both cases, the stirring motion in the molten metal is significantly enhanced by such a stirring body and the temperature distribution within the molten metal is evened out. As a result, not only the melting process is accelerated, because so far unmelted (secondary aluminum) chunks are pressed into the melt, but these stirrers have additionally a particularly long life.
  • the furnace can be inclined, for example, with the help of at least one hydraulic tilting cylinder.
  • the charging process can be simplified. Because now you can work with a frontal furnace opening, which corresponds almost to the diameter inside the furnace drum.
  • the opening or the plurality of openings of the rotary kiln drum can either be hermetically sealed or have a known and predetermined opening cross-section. So that no air or oxygen enters the interior of the furnace drum through this opening cross-section, one can set the protective gas atmosphere under (small) overpressure, ie more than one atmosphere (at), so that the protective gas exits from this opening cross-section and no air penetrates from the outside can.
  • a molten metal (rotary) drum furnace is provided, which is characterized by a virtually unchanged structural design compared to conventional (rotary) drum furnaces and by the protective gas atmosphere in the compulsory free space above the molten metal.
  • the salt consumption or consumption of protective bath additives can be drastically reduced.
  • FIG. 1 shows a batch of aluminum 1, which is, for example, secondary aluminum, that is to say aluminum 1 originating from the recycling industry.
  • the molten metal drum furnace of Fig. 1 is designed as a rotary drum furnace, while the molten metal drum furnace of Fig. 2 is a so-called tilt drum furnace.
  • the respective molten metal drum ovens have a rotatable oven drum 2, the drum shell 3 has at least one stirring body 4.
  • the stirring body 4 protrudes in front of a lining 5 by a certain amount M into the interior of the furnace drum 2.
  • the agitator 4 is not limited to one made of iron or gray cast iron, as in the EP 0 886 118 B1 already described.
  • the stirring body 4 but also have a metallic core with refractory coating, as shown in the EP 1 408 297 B1 or even the DE 20 2004 004 478 U1 is described.
  • the stirring body 4 ensures that the chunks to be recognized in the charge of aluminum 1 are pressed into the molten metal, which accelerates the melting process.
  • a heat source 7 is provided, which in the context of the exemplary embodiment is an oxygen burner.
  • the heat source or the oxygen burner 7 thus requires oxygen as the combustion gas, this combustion gas being present either in a free space 8 above the molten metal 6 or being fed directly to the indicated burner flame via a lance (not shown).
  • the free space 8 above the molten metal 6 is filled inside the furnace drum 2 with a protective gas atmosphere.
  • the exhaust gas generated by the heat source 7 and the oxygen burner 7 is used as a protective gas, because it is low in oxygen or low in combustion gas and low in reaction gas.
  • another protective gas could be used, which is introduced with a lance in a front side 9 of the furnace drum 2 and leaves the furnace drum 2 at the opposite end face 10 through a discharge line 11 together with the exhaust gases.
  • the exhaust gas from the heat source or the oxygen burner 7 is used as a protective gas, said inert gas or the protective gas atmosphere is circulated.
  • the exhaust gas or inert gas leaves the rotatable kiln drum 2 at the end face 10 through the discharge line 11 and is fed via a feed line 12 of the opposite end face 9 again.
  • the output of an external protective gas reservoir 13 may open into the supply line 12, which additionally or alternatively with another inert gas (for example nitrogen) applied to the free space 8. If necessary, it is then possible to dispense with the connection of discharge line 11 and supply line 12 in the sense of the described circulation procedure.
  • the heat source or the oxygen burner 7 protrudes at least partially into the interior of the furnace drum 2 and is directed with its flame - as described in the introduction - against the lining 5 in order to prevent oxidation of the molten metal 6 or molten aluminum.
  • a heat source provided outside the furnace drum 2, which, for example, heats the drum shell 3 from the outside.
  • the heat source or the oxygen burner 7 receives the necessary for the combustion process oxygen, either the required oxygen content or combustion gas content in the inert gas atmosphere in the free space 8 is set or the oxygen or the combustion gas for the heat source 7 with a merely indicated lance L of Flame fed.
  • the embodiment operates with a predetermined oxygen content within the free space 8.
  • This can be adjusted and monitored with a sensor 14 in the supply line 12 and possibly another sensor 15 in the derivative 11.
  • the sensor 15 in the discharge line 11 measures the oxygen content in the exhaust gas flow, which acts as a protective gas.
  • a valve 16 in the supply line 12 is more or less open to supply additional combustion gas or oxygen.
  • the sensor 14 now checks the enriched with the combustion gas Shielding gas, which passes via the feed line 12 and the end face 9 into the interior of the furnace drum 2.
  • the two sensors 14, 15, the valve 16 and also the heat source 7 and possibly the lance L are connected to a control system 17 and are acted upon by this.
  • the control system 17 according to the required by the heat source 7 demand for combustion gas valve 16 open accordingly and determine the composition of the inert gas and in particular the combustion gas content using the sensors 14, 15. This happens in the course of a regulation, whereby ultimately the combustion gas content represents the controlled variable, which in turn is specified by the demand for combustion gas for the heat source 7.
  • the molten metal 6 or the molten aluminum 1 is remelted in a protective bath.
  • the molten metal 6 is covered with a protective layer 18, which in the context of the exemplary embodiment and not limited to a salt blanket.
  • a protective layer 18 which in the context of the exemplary embodiment and not limited to a salt blanket.
  • the space 8 with the protective gas atmosphere - as described - filled can be used at this point with extremely small amounts of salt.
  • the so-called salt factor can be reduced to values well below 0.5, usually even to values of less than 0.2 and even down to below 0.1.
  • the salt factor is a measure of the amount of salt required during remelting. The lower the salt factor the lower the amount of salt required.
  • salt factors between 0.5 and 1.5 are used. This corresponds to an amount of about 300 kg to 500 kg molten salt per ton of manufactured Secondary aluminum. If, according to the invention, it is possible to work with salt factors of, for example, less than 0.2, this means that the demand for molten salt drops to values of about 100 kg molten salt per tonne of secondary aluminum produced. Even lower demand amounts of about 50 kg of molten salt per tonne of secondary aluminum produced or even less are observed. Since, as a result, the amount of salt slag or dross to be regarded as hazardous waste also drops significantly, the production costs are greatly reduced.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Metallschmelz-Trommelofen, welcher sich insbesondere zum Umschmelzen von Aluminium (1) eignet. Der vorerwähnte Trommelofen ist mit einer Ofentrommel (2) ausgerüstet, deren Trommelmantel (3) wenigstens einen Rührkörper (4) aufweist. Zusätzlich ist eine eine Metallschmelze (6) erzeugende Wärmequelle (7) realisiert. Erfindungsgemäß ist der oberhalb der Metallschmelze (6) vorhandene Freiraum (8) im Innern der Ofentrommel (2) mit einer Schutzgasatmosphäre ausgefüllt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Metallschmelz-(Dreh-)Trommelofen, insbesondere zum Umschmelzen von Aluminium, mit einer drehbaren Ofentrommel, deren Trommelmantel wenigstens einen Rührkörper aufweist, und mit einer eine Metallschmelze im Innern der Ofentrommel erzeugenden Wärmequelle.
  • Derartige Metallschmelz-Drehtrommelöfen sind aus der Praxis und beispielsweise durch die EP 0 886 118 B1 bekannt geworden. Verwiesen wird ergänzend auf die US-PS 6,395,221 B1 . In beiden Fällen geht es primär um das Umschmelzen von Aluminium in einem Schutzbad.
  • Das Schutzbad wird allgemein dadurch realisiert, dass die Metallschmelze von einer Salzdecke abgedeckt wird. Die Salzdecke übernimmt dabei im Wesentlichen drei Funktionen. Zum einen schützt sie die Metallschmelze vor der regelmäßig eingesetzten Flamme eines Brenners als Wärmequelle. Zum anderen sorgt die Salzdecke dafür, dass die Metallschmelze nicht durch im Ofen zwangsläufig befindlichen Sauerstoff oxidiert wird. Schließlich werden Verschmutzungen im Metall vorteilhaft im Salz gebunden. Das Salz bzw. die auf diese Weise erzeugte Krätze stellt jedoch Sondermüll mit entsprechend hohen Deponiekosten dar.
  • Aus diesem Grund hat man in der Vergangenheit bereits mehrfach versucht, den Salzverbrauch zu verringern. Im Rahmen der EP 0 886 118 B1 haben die dort eingesetzten Eisenrührer den Salzverbrauch deutlich reduziert. Auch so genannte Kipptrommelöfen entsprechend der US-PS 6,395,221 B1 zeichnen sich durch einen verringerten Salzbedarf aus, weil die Fläche der abzudeckenden Metallschmelze durch den Kippvorgang verringert werden kann. Dafür ist der anlagentechnische Aufwand enorm. Hier setzt die Erfindung ein.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Metallschmelz-(Dreh-)Trommelofen der eingangs beschriebenen Ausführungsform so weiterzuentwickeln, dass der Salzverbrauch bei geringem konstruktiven und finanziellen Aufwand gegenüber bisherigen Ansätzen nochmals verringert ist.
  • Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Metallschmelz-Trommelofen, insbesondere Metallschmelz-Drehtrommelofen vor, dass der oberhalb der Metallschmelze vorhandene Freiraum im Innern der Ofentrommel mit einer Schutzgasatmosphäre ausgefüllt ist.
  • Üblicherweise handelt es sich bei der Schutzgasatmosphäre um eine Gasatmosphäre, die praktisch keine Reaktionsgase enthält, welche mit der Metallschmelze eine Verbindung eingehen. Im Falle von Aluminium meint eine Schutzgasatmosphäre folglich eine solche Gasatmosphäre, deren Sauerstoffgehalt gering oder nahezu Null ist, um Oxidationen der Aluminiumschmelze an der Oberfläche zu verhindern. In diesem Fall kann auf ein zusätzliches Schutzbad verzichtet werden, wenngleich ein solches als Option natürlich unverändert möglich ist. So oder so lässt sich der Salzverbrauch drastisch verringern und sogar ganz bis auf Null heruntersetzen. Denn die Abwesenheit eines oder mehrerer Reaktionsgase in der Schutzgasatmosphäre sorgt dafür, dass die Metallschmelze keine chemische Veränderung erfährt, sich folglich praktisch zu 100 % für die weitere Verarbeitung eignet.
  • Denkbar ist es beispielsweise, als Schutzgasatmosphäre im Falle des Umschmelzens von Aluminium mit überwiegend Stickstoff zu arbeiten, welcher keine Verbindung mit Aluminium eingeht und folglich in diesem Zusammenhang kein Reaktionsgas darstellt. Nach vorteilhafter Ausgestaltung kann es sich bei der Schutzgasatmosphäre aber auch überwiegend um Abgas handeln, welches beispielsweise von der Wärmequelle herrührt. Denn diese Wärmequelle ragt in der Regel wenigstens teilweise in das Innere der Ofentrommel hinein und verbrennt hauptsächlich Sauerstoff.
  • Sauerstoff stellt also das Verbrennungsgas für die Wärmequelle dar und es kommt darauf an, die Schutzgasatmosphäre möglichst verbrennungsgasarm respektive sogar verbrennungsgasfrei einzustellen, weil im Falle von Aluminium als Metallschmelze und Sauerstoff als Verbrennungsgas der Sauerstoff gleichzeitig ein Reaktionsgas ist. Man kann insgesamt aber auch mit einem vorgegebenen Verbrennungsgasgehalt in der Schutzgasatmosphäre arbeiten, um den Betrieb der Wärmequelle durch Verbrennen des Verbrennungsgasgehaltes in der Schutzgasatmosphäre aufrecht zu erhalten. - Selbstverständlich kann dieses Verbrennungsgas bzw. allgemein der Sauerstoff auch von außen direkt dem Brenner bzw. der Wärmequelle zugeführt werden, so dass in diesem Fall mit einer verbrennungsgas- bzw. reaktionsgasfreien Gasatmosphäre als Schutzgasatmosphäre gearbeitet wird.
  • Bei der Wärmequelle handelt es sich üblicherweise um einen an einer Stirnseite in einer Ofentür angeordneten Erdgas- oder Öl-Luft-Brenner. Dabei erfolgt die Wärmeübertragung auf das Schmelzgut, regelmäßig Sekundäraluminium, durch Strahlung und Leitung, weniger durch Konvektion. Um Aluminiumoxidation zu vermindern, ist die Brennerflamme in flachem Winkel gegen eine Ofenausmauerung und nicht direkt auf das Metallbad gerichtet.
  • Bei der Rotationsbewegung der Ofentrommel wird die Wärme der Wärmequelle dann von der erhitzten Ausmauerung beim Eintauchen an das Metallbad abgegeben. Das bis zu 950 °C heiße Abgas verlässt die Ofentrommel üblicherweise auf der dem Brenner bzw. der Wärmequelle gegenüberliegenden Seite. Es enthält überwiegend sauerstoffarmes bzw. reaktionsgasarmes Abgas, weshalb dieses Abgas vorteilhaft zum Aufbau der Schutzgasatmosphäre eingesetzt werden kann.
  • Dadurch besteht grundsätzlich die Möglichkeit, die Schutzgasatmosphäre von einem externen Schutzgasspeicher aus zu speisen und/oder im Kreislauf zu führen. Im erstgenannten Fall wird das Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, permanent in die drehbare Ofentrommel eingeblasen, und zwar im Bereich der Stirnseite, über welche auch der Brenner bzw. die Wärmequelle in das Innere der Ofentrommel eingeführt wird und verlässt zusammen mit dem Abgas das Innere der Ofentrommel auf der gegenüberliegenden Stirnseite. Alternativ oder zusätzlich kann das Schutzgas im Kreislauf geführt werden. Dann schleust man entweder das zuvor beschriebene Schutzgas (Stickstoff) aus dem Abgasstrom aus oder führt den Abgasstrom insgesamt wieder zurück zum Einlass für das Schutzgas. Da das Abgas verbrennungsgasarm bzw. reaktionsgasarm ist, wirkt es vorteilhaft (mit oder ohne zusätzlichen Stickstoff) als Schutzgas.
  • Von besonderer Bedeutung ist ergänzend, dass der Rührkörper aus Eisen besteht und/oder einen metallischen Kern mit Feuerfestummantelung aufweist. Denn in beiden Fällen wird durch einen solchen Rührkörper die Rührbewegung in der Metallschmelze deutlich verstärkt und die Temperaturverteilung innerhalb der Metallschmelze vergleichmäßigt. Dadurch wird nicht nur der Einschmelzprozess beschleunigt, weil bisher ungeschmolzene (Sekundäraluminium-)Brocken in die Schmelze hineingedrückt werden, sondern diese Rührkörper verfügen ergänzend über eine besonders lange Standzeit.
  • Das lässt sich darauf zurückführen, dass durch die Schutzgasatmosphäre am jeweiligen Rührkörper beim Auftauchen aus der Schmelze ggf. noch anhaftendes Metall bzw. Aluminium nicht reagiert und folglich den jeweiligen Rührkörper auch nur geringfügig angreift. Außerdem begünstigt die Schutzgasatmosphäre das Abperlen eventueller Schmelzreste. Dieser Effekt wird dann noch gesteigert, wenn mit einer (sehr dünnen) Salzdecke in einem Schutzbad gearbeitet wird. Denn dann wird der jeweilige Rührkörper beim Auftauchen aus der Schmelze und beim Wiedereintauchen mit der Schutzschicht bzw. Salzdecke überzogen und so seine Oberfläche beim anschließenden Weg durch die Metallschmelze zusätzlich vor Verschleiß geschützt.
  • Um insgesamt die Oberfläche der Metallschmelze zu verringern, empfiehlt es sich ferner, die drehbare Ofentrommel kippbar auszuführen bzw. den Metallschmelz-(Dreh-)Trommelofen als Metallschmelz-Kipptrommelofen auszugestalten. Dabei kann der Ofen beispielsweise mit Hilfe wenigstens eines hydraulischen Kippzylinders schräggestellt werden. Dadurch wird nicht nur die Oberfläche der Metallschmelze verringert, sondern lässt sich der Chargiervorgang vereinfachen. Denn nun kann mit einer stirnseitigen Ofenöffnung gearbeitet werden, weiche nahezu dem Durchmesser im Innern der Ofentrommel entspricht.
  • Die Öffnung bzw. die mehreren Öffnungen der drehbaren Ofentrommel lassen sich entweder hermetisch abschließen oder verfügen über einen bekannten und vorgegebenen Öffnungsquerschnitt. Damit durch diesen Öffnungsquerschnitt keine Luft bzw. Sauerstoff ins Innere der Ofentrommel gelangt, kann man die Schutzgasatmosphäre unter (geringen) Überdruck, also mehr als eine Atmosphäre (at), setzen, so dass das Schutzgas aus diesem Öffnungsquerschnitt austritt und von außen keine Luft eindringen kann.
  • Im Ergebnis wird ein Metallschmelz-(Dreh-)Trommelofen zur Verfügung gestellt, der sich durch einen praktisch unveränderten konstruktiven Aufbau gegenüber herkömmlichen (Dreh-)Trommelöfen auszeichnet und durch die Schutzgasatmosphäre im obligatorischen Freiraum oberhalb der Metallschmelze. Auf diese Weise kann der Salzverbrauch bzw. Verbrauch an Schutzbadzusätzen drastisch verringert werden. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
    • Fig. 1
    einen erfindungsgemäßen Metallschmelz-Drehtrommelofen in einer ersten Ausführungsform und
    Fig. 2
    den Gegenstand nach Fig. 1 in einer abgewandelten Ausgestaltung.
  • In den Figuren ist ein Metallschmelz-Trommelofen dargestellt, welcher sich vorzugsweise und nicht einschränkend zum Umschmelzen von Aluminium 1 eignet. Tatsächlich erkennt man in der Fig. 1 eine Charge des Aluminiums 1, bei dem es sich beispielhaft um Sekundäraluminium, also aus der Recyclingwirtschaft stammendes Aluminium 1, handelt. Der Metallschmelz-Trommelofen nach Fig. 1 ist als Drehtrommelofen ausgeführt, während der Metallschmelz-Trommelofen nach Fig. 2 einen so genannten Kipptrommelofen darstellt.
  • In beiden Fällen verfügen die jeweiligen Metallschmelz-Trommelöfen über eine drehbare Ofentrommel 2, deren Trommelmantel 3 wenigstens einen Rührkörper 4 aufweist. Der Rührkörper 4 ragt gegenüber einer Ausmauerung 5 um ein bestimmtes Maß M ins Innere der Ofentrommel 2 vor. Bei dem Rührkörper 4 handelt es sich nicht einschränkend um einen solchen aus Eisen oder Grauguss, wie er in der EP 0 886 118 B1 bereits beschrieben wurde. Alternativ hierzu kann der Rührkörper 4 aber auch über einen metallischen Kern mit Feuerfestummantelung verfügen, wie dies in der EP 1 408 297 B1 oder auch der DE 20 2004 004 478 U1 beschrieben wird. Der Rührkörper 4 sorgt dafür, dass die in der Charge aus Aluminium 1 zu erkennenden Brocken in die Metallschmelze gedrückt werden, was den Einschmelzvorgang beschleunigt.
  • Gleichzeitig wird die Temperaturverteilung innerhalb der in Fig. 2 angedeuteten Metallschmelze 6 vergleichmäßigt. Üblicherweise sind mehrere über den Umfang des Trommelmantels 3 und dessen Länge verteilt angeordnete Rührkörper 4 realisiert.
  • Um das Aluminium 1 bzw. allgemein das eingefüllte Metall umzuschmelzen, ist eine Wärmequelle 7 vorgesehen, bei welcher es sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels um einen Sauerstoffbrenner handelt. Die Wärmequelle bzw. der Sauerstoffbrenner 7 benötigt also als Verbrennungsgas Sauerstoff, wobei dieses Verbrennungsgas entweder in einem Freiraum 8 oberhalb der Metallschmelze 6 vorhanden ist oder über eine nicht dargestellte Lanze unmittelbar der angedeuteten Brennerflamme zugeführt wird.
  • Erfindungsgemäß ist nun der oberhalb der Metallschmelze 6 vorhandene Freiraum 8 im Innern der Ofentrommel 2 mit einer Schutzgasatmosphäre ausgefüllt. Bei dem Ausführungsbeispiel kommt das von der Wärmequelle 7 bzw. dem Sauerstoffbrenner 7 erzeugte Abgas als Schutzgas zur Verwendung, weil es sauerstoffarm bzw. verbrennungsgasarm respektive reaktionsgasarm ist. Selbstverständlich könnte auch ein anderes Schutzgas eingesetzt werden, welches mit einer Lanze in eine Stirnseite 9 der Ofentrommel 2 eingeführt wird und zusammen mit den Abgasen die Ofentrommel 2 an der gegenüberliegenden Stirnseite 10 durch eine Ableitung 11 verlässt.
  • Im Rahmen des Ausführungsbeispiels wird jedoch das Abgas von der Wärmequelle bzw. dem Sauerstoffbrenner 7 als Schutzgas eingesetzt, wobei dieses Schutzgas bzw. die Schutzgasatmosphäre im Kreislauf geführt wird. Dazu verlässt das Abgas bzw. Schutzgas die drehbare Ofentrommel 2 an der Stirnseite 10 durch die Ableitung 11 und wird über eine Zuleitung 12 der gegenüberliegenden Stirnseite 9 wieder zugeführt. In die Zuleitung 12 mag ergänzend der Ausgang eines externen Schutzgasspeichers 13 münden, welcher den Freiraum 8 zusätzlich oder alternativ mit einem anderen Schutzgas (beispielsweise Stickstoff) beaufschlagt. Dann kann man ggf. auf die Verbindung von Ableitung 11 und Zuleitung 12 im Sinne der beschriebenen Kreislaufführung verzichten.
  • Die Wärmequelle bzw. der Sauerstoffbrenner 7 ragt wenigstens teilweise in das Innere der Ofentrommel 2 ein und ist mit seiner Flamme - wie einleitend beschrieben - gegen die Ausmauerung 5 gerichtet, um Oxidationen der Metallschmelze 6 bzw. Aluminiumschmelze zu verhindern. Grundsätzlich könnte auch mit einer außerhalb der Ofentrommel 2 vorgesehenen Wärmequelle gearbeitet werden, welche beispielsweise den Trommelmantel 3 von außen erhitzt.
  • Damit die Wärmequelle bzw. der Sauerstoffbrenner 7 den für den Verbrennungsvorgang nötigen Sauerstoff erhält, wird entweder der erforderliche Sauerstoffgehalt bzw. Verbrennungsgasgehalt in der Schutzgasatmosphäre im Freiraum 8 eingestellt oder der Sauerstoff bzw. das Verbrennungsgas für die Wärmequelle 7 wird mit einer lediglich angedeuteten Lanze L der Flamme zugeführt.
  • Um den konstruktiven Aufwand so gering wie möglich zu halten, arbeitet das Ausführungsbeispiel mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt innerhalb des Freiraumes 8. Dieser kann mit einem Sensor 14 in der Zuleitung 12 sowie ggf. einem weiteren Sensor 15 in der Ableitung 11 eingestellt und überwacht werden. Tatsächlich misst der Sensor 15 in der Ableitung 11 den Sauerstoffgehalt im Abgasstrom, welches als Schutzgas fungiert. Je nach der dortigen Konzentration an dem Sauerstoff bzw. Verbrennungsgas für die Wärmequelle 7 wird ein Ventil 16 in der Zuleitung 12 mehr oder minder geöffnet, um zusätzliches Verbrennungsgas bzw. Sauerstoff zuzuführen. Der Sensor 14 überprüft nun das mit dem Verbrennungsgas angereicherte Schutzgas, welches über die Zuleitung 12 und die Stirnseite 9 ins Innere der Ofentrommel 2 gelangt.
  • Die beiden Sensoren 14, 15, das Ventil 16 und auch die Wärmequelle 7 sowie ggf. die Lanze L sind an eine Steueranlage 17 angeschlossen bzw. werden von dieser beaufschlagt. Auf diese Weise kann die Steueranlage 17 je nach dem von der Wärmequelle 7 geforderten Bedarf an Verbrennungsgas das Ventil 16 entsprechend öffnen und mit Hilfe der Sensoren 14, 15 die Zusammensetzung des Schutzgases und insbesondere den Verbrennungsgasgehalt ermitteln. Das geschieht im Zuge einer Regelung, wobei letztlich der Verbrennungsgasgehalt die Regelgröße darstellt, welche wiederum von dem Bedarf an Verbrennungsgas für die Wärmequelle 7 vorgegeben wird.
  • Im Rahmen der Fig. 2 erkennt man, dass die Metallschmelze 6 bzw. das eingeschmolzene Aluminium 1 in einem Schutzbad umgeschmolzen wird. Dazu ist die Metallschmelze 6 mit einer Schutzschicht 18 bedeckt, bei welcher es sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels und nicht einschränkend um eine Salzdecke handelt. Dadurch, dass der Freiraum 8 mit der Schutzgasatmosphäre - wie beschrieben - ausgefüllt ist, kann an dieser Stelle mit äußerst geringen Salzmengen gearbeitet werden. Tatsächlich lässt sich der so genannte Salzfaktor auf Werte von deutlich unter 0,5, in der Regel sogar auf Werte von weniger als 0,2 und sogar bis hinunter zu unterhalb von 0,1 verringern. Der Salzfaktor ist ein Maß für die beim Umschmelzen erforderliche Salzmenge. Je geringer der Salzfaktor desto geringer die benötigte Salzmenge.
  • Der Salzfaktor und die zugehörige Berechnungsformel wird in dem Buch "Aluminiumrecycling", Dr. Ing. Klaus Krohne, Vereinigung Deutscher Schmelzhütten e.V., Düsseldorf, 2000 auf der dortigen Seite 320 ff. erläutert. Bisher wird mit Salzfaktoren zwischen 0,5 und 1,5 gearbeitet. Dazu korrespondiert eine Menge von ca. 300 kg bis 500 kg Schmelzsalz pro Tonne hergestelltem Sekundäraluminium. Wenn nun erfindungsgemäß mit Salzfaktoren von beispielsweise weniger als 0,2 gearbeitet werden kann, bedeutet dies, dass der Bedarf an Schmelzsalz auf Werte von ca. 100 kg Schmelzsalz pro Tonne hergestelltem Sekundäraluminium sinkt. Sogar noch geringere Bedarfsmengen von ca. 50 kg Schmelzsalz pro Tonne hergestelltem Sekundäraluminium oder sogar noch weniger werden beobachtet. Da als Folge hiervon auch die Menge an als Sondermüll zu betrachtender Salzschlacke bzw. Krätze deutlich sinkt, werden die Herstellungskosten außerordentlich verringert.

Claims (10)

  1. Metallschmelz-Trommelofen, insbesondere zum Umschmelzen von Aluminium (1), mit einer Ofentrommel (2), deren Trommelmantel (3) wenigstens einen Rührkörper (4) aufweist, und mit einer eine Metallschmelze (6) erzeugenden Wärmequelle (7), dadurch gekennzeichnet, dass der oberhalb der Metallschmelze (6) vorhandene Freiraum (8) im Innern der Ofentrommel (2) mit einer Schutzgasatmosphäre ausgefüllt ist.
  2. Metallschmelz-Trommelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (7) wenigstens teilweise in das Innere der Ofentrommel (2) ragt und vorzugsweise Sauerstoff als Verbrennungsgas verbrennt.
  3. Metallschmelz-Trommelofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasatmosphäre von einem externen Schutzgasspeicher (13) gespeist und/oder im Kreislauf geführt wird.
  4. Metallschmelz-Trommelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schutzgasatmosphäre um eine verbrennungsgasarme respektive verbrennungsgasfreie Gasatmosphäre handelt.
  5. Metallschmelz-Trommelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasatmosphäre einen vorgegebenen Verbrennungsgasgehalt aufweist.
  6. Metallschmelz-Trommelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbrennungsgas Sauerstoff zum Einsatz kommt und das Schutzgas ganz oder teilweise Abgas der Wärmequelle (7) enthält.
  7. Metallschmelz-Trommelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührkörper (4) aus Eisen besteht und/oder einen metallischen Kern mit Feuerfestummantelung aufweist.
  8. Metallschmelz-Trommelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Ofentrommel (2) kippbar ausgebildet ist.
  9. Metallschmelz-Trommelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofentrommel (2) hermetisch abgeschlossen ist oder einen bekannten Öffnungsquerschnitt aufweist.
  10. Metallschmelz-Trommelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze (6) mit einer Schutzschicht (18) bedeckt ist
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