WO2006133889A2 - Chargenschmelzen von aluminium-legierungsschrott in einem drehtrommelofen - Google Patents

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WO2006133889A2
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Thomas Probst
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Karl Konzelmann Metallschmelzwerke Gmbh & Co. Kg
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    • Y02P10/20Recycling

Definitions

  • the present invention relates to a method for melting aluminum scrap according to the preamble of claim 1.
  • the smelting of aluminum scrap has been taking place for more than 50 years, mainly in rotary kilns fueled by fossil fuels. It is usually zuchargiert with the scrap in the rotary drum furnace, a molten salt.
  • the liquid molten salt is usually NaCl and KCl with additions of fluorides, so that the melting temperature of the salt mixture is lower than that of the metal.
  • the molten salt envelops the registered metal particles of the scrap and thus protects them from oxidation or burning. Due to the combustion gases CO 2 and H 2 O as well as due to secondary air, sufficient amount of basically oxidizing gas components in the furnace chamber before. Only by the protection of the salt addition, an economic metal yield can be achieved.
  • the liquid salt mixture picks up the oxide particles, ie the liquid salt acts as a packaging material for non-metallic and non-volatile scrap components (NMC).
  • NMC non-metallic and non-volatile scrap components
  • Scrap dosing and temperature control are chosen as far as possible to produce a viscous mass from salt and scrap, which forms a kind of roller in the rotating furnace, into which the finely chunky scrap is deliberately charged. As a result, its small, and because of the large surface per mass particularly oxidation-risk scrap particles are printed down and so protected from oxidation by fuel gases.
  • the two liquids produced separate: the low-viscosity metal sinks to the bottom of the furnace, while the resulting, viscous, high-viscosity salt slag floats on the metal bath.
  • the object of the present invention is to reduce the required amount of salt and to increase the melt yield. This object is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1. Further advantageous embodiments of this method result from the features of the dependent claims.
  • the melting of aluminum scrap has been considered as a chemical-metallurgical process.
  • the smelting of aluminum scrap is to be considered as a predominantly physical treatment process in which only solid and liquid materials are separated from one another. Accordingly, when scrap melting at temperatures below 800 ° C, only the metal content is liquefied, whereas the various oxide-ceramic non-metal compounds remain in the solid state and usually float on the metal. These solid particles form a porous aggregate, in the cavities of which liquid metal penetrates by capillary action. Such solid-metal agglomerations are referred to as scratches and contain up to 80 weight percent trapped metal.
  • Molten, ie liquid salt shows a high level of resistance to the solid particles, in contrast to liquid metal. Therefore, the solids form a suspension with the liquid salt which floats on the metal bath. The thus exposed, previously enclosed metal combines with the metal bath. The resulting suspension is commonly referred to as salt slag and contains only a few percent by weight of metal.
  • the salt is added only after completed scrap melting. It is only then that all the solid particles float on the metal bath as scabies, and the added and molten salt can now take up the solid particles of the formed scraps, thereby recovering the metal content of the scraps in the oven.
  • FIG. 1 The diagrams show the sequence of a conventional batch melting process (FIG. 1) with the addition of molten salt and the process according to the invention (FIG. 2), in which the salt is introduced to form the suspension and salt slag only after the melting of the predominant aluminum scrap
  • Figures 1 and 2 show two diagrams representing different operating phases of a 20t rotary kiln over the time of a full kiln cycle, also referred to in the jargon as furnace travel, both graphs assuming that an identical scrap in the same amount is melted and separated from impurities shall be.
  • the molten salt is initially introduced and melted in a first batch. Then gradually z. For example, add 9 batches of scrap metal and melt to a doughy state. Since salt is a thermal insulator, the early addition of the salt has a negative effect on the heat transfer from the furnace and the already molten scrap to not yet molten scrap. Due to the relatively slow melting rate, the emptying of the furnace can only be started after a time of about 3 hours.
  • the diagram acc. Fig. 2 shows that a higher melting rate is achieved by the late addition of the salt, so that it is possible to start the emptying of the furnace after about 2.8 hours, whereby the furnace travel is shortened by about 7%.
  • the lines indicate the level levels of the respective proportions in the rotary drum furnace.
  • the scrap content could be increased to 17.1 t, since only 2.9 t of salt must be added, which are sufficient to incorporate the oxide floating on the metal bath and to form a homogeneous slag. This can be expected with a slightly reduced to 8% metal content in the salt slag.
  • Conventional melting usually gives a melt yield of about 82.3%, whereas in the melting according to the invention (reverse charge melting), a metal yield of 82.5% can be achieved.
  • a small amount e.g. B. 1-20%, of the entire molten salt during or before the first introduction of the aluminum scrap into the furnace.
  • the inventive method does not deteriorate or only insignificantly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiederaufbereiten von Aluminiumschrott in einem sich bewegenden Ofen, insbesondere einem Drehtrommelofen, wobei der Metallschrott in Chargen nach und nach in dem Ofen zum Schmelzen eingebracht wird, wobei in einem ersten Verfahrensschritt der Aluminiumschrott in Chargen nach und nach in den Schmelzofen eingebracht und geschmolzen wird, und dass frühestens nach Zufuhrung von mindestens 60- 100% des Aluminiumschrotts in einem zweiten Verfahrensschritt Salz zur Bildung einer Suspension bzw. Salzschlacke zugeführt wird.

Description

- IL ¬
Chargenschmelzen von Aluminium-Legierungsschrott in einem Drehtromme1ofen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Aluminiumschrott nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Das Schmelzen von Aluminiumschrott, besonders von starker kor- rodiertem Altschrott oder Sammelschrott, findet seit gut 50 Jahren vorwiegend in Drehtrommelofen statt, die mit fossilen Brennstoffen befeuert werden. Dabei wird üblicherweise mit dem Schrott in den Drehtrommelofen ein Schmelzsalz zuchargiert. Das flussige Schmelzsalz ist i. d. R. NaCl und KCl mit Zusätzen von Fluoriden, so dass die Schmelztemperatur des Salzgemi- sches unter der des Metalls liegt. Das Schmelzsalz umhüllt die eingetragenen Metallpartikel des Schrotts und schützt diese somit vor dem Oxidieren bzw. Verbrennen. Durch die Brenngase CO2 und H2O sowie durch Falschluft liegen jederzeit ausrei- chende Mengen an grundsatzlich oxidierenden Gaskomponenten im Ofenraum vor. Nur durch den Schutz der Salzzugabe kann eine wirtschaftliche Metallausbeute erzielt werden. Nach dem Schmelzen des Metallinhaltes des Schrotts nimmt das flussige Salzgemisch die Oxidpartikel auf, d.h. das flussige Salz wirkt als Verpackungsmittel für nichtmetallische und nichtfluchtige Schrottkomponenten (NMK) . Das flussige Salz bildet zusammen mit den aufgenommenen NMK-Partikeln die sog. Salzschlacke, die nach dem Metallabstich gesondert aus den Drehtrommelofen abge- stochen wird.
Als gangige metallurgische Schmelzpraxis hat sich in den letzten Dekaden eine bestimmte Reihenfolge der Chargierung ergeben, die in etwa dem folgenden Muster entspricht:
1. Zuerst wird ein Teil oder das gesamte Schmelzsalz in den heißen Ofen chargiert.
2. Nach dem Schmelzen des Salzes wird der Schrott in mehreren Chargen zugegeben und jeweils geschmolzen.
3. Dabei wird die Schrottdosierung und die Temperaturfuh- rung tunlichst so gewählt, dass sich aus Salz und Schrott eine zähflüssige Masse ergibt, die im rotierenden Ofen eine Art Walze bildet, in die hinein gezielt der feinstuckigere Schrott chargiert wird. Hierdurch werden dessen kleine, und wegen der großen Oberflache pro Masse besonders oxidationsgefahrdete Schrottpartikel nach unten gedruckt und so vor der Oxidation durch Brenngase geschützt.
4. Am Ende des Schmelzprozesses trennen sich die beiden erzeugten Flüssigkeiten: Das dünnflüssige Metall sinkt zum Ofenboden, wahrend die entstandene, deutlich hoher vis- kose Salzschlacke auf dem Metallbad schwimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die benotigte Salzmenge zu reduzieren und die Schmelzausbeute zu vergrößern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelost. Weitere vorteilhafte Ausbildungen dieses Verfahrens ergeben sich durch die Merkmale der Unteranspruche .
In Untersuchungen unter unterschiedlichsten Bedingungen an geeigneten Drehtrommelofen hat sich gezeigt, dass die gangige Schmelzpraxis von einer Schutzfunktion des Salzes hinsichtlich der Verhinderung der Metalloxidation ausgeht, die in dem vermuteten Umfang nicht existiert. Die Geschwindigkeit der Oxida- tion des Aluminium-Legierungsmetalls ist eine Funktion der Zeit der Einwirkung von Oxidationsmitteln, der jeweiligen Materialtemperatur, der angebotenen Einwirkungsoberflache sowie dem Aufbau der weiteren Oxidationsfortschritt behindernden O- xidschichten . Insgesamt haben die Untersuchungen ergeben, dass die faktische Oxidationsgeschwindigkeit der eingesetzten Schrotte weit geringer ist als bislang vermutet und die Zugabe von Schmelzsalz vor dem Schrott keine nennenswerte Auswirkung auf die Metallausbeute aufweist.
Bislang wurde das Schmelzen von Aluminium-Schrott als ein che- misch-metallurgischer Prozess erachtet. Es hat sich aber gezeigt, dass das Schmelzen von Aluminium-Schrott als ein vorwiegend physikalisches Aufbereitungsverfahren anzusehen ist, bei dem lediglich feste und flussige Materialien von einander getrennt werden. Entsprechend wird beim Schrottschmelzen bei Temperaturen unter 800 °C nur der Metallinhalt verflüssigt, wogegen die verschiedenen oxidisch-keramischen Nichtmetallverbindungen im festen Zustand verbleiben und meist auf dem Metall aufschwimmen. Diese Feststoffpartikel bilden ein poröses Haufwerk, in dessen Hohlräume dünnflüssiges Metall durch Ka- pillarwirkung eindringt. Solche Feststoff-Metall Agglomerationen werden als Kratze bezeichnet und enthalten bis zu 80 Gewichtsprozent eingeschlossenes Metall.
Geschmolzenes, d.h. flussiges Salz zeigt gegenüber den Fest- stoffpartikeln im Gegensatz zu flussigem Metall eine hohe Be- netzung, weswegen die Feststoffe mit dem flussigen Salz eine Suspension bilden, die auf dem Metallbad schwimmt. Das dadurch freigelegte, vorher eingeschlossene Metall vereinigt sich mit dem Metallbad. Die entstandene Suspension wird gemeinhin als Salzschlacke bezeichnet und enthalt nur wenige Gewichtsprozent an Metall.
Dementsprechend und erfindungsgemaß wird das Salz erst nach abgeschlossenem Schrottschmelzen zugegeben. Erst zu diesem Zeitpunkt schwimmen alle Feststoffpartikel auf dem Metallbad als Kratze auf, und das zugegebene und geschmolzene Salz kann jetzt die Feststoffpartikel der formierten Kratze aufnehmen, wodurch der Metallinhalt der Kratze noch im Ofen zurückgewonnen wird.
Das umgekehrte Chargenschmelzen zeigt deutliche technische und wirtschaftliche Vorteile:
• Die Ofenreisezeit je Zyklus wird verkürzt
• Der Salzbedarf verringert sich
• Der Anfall an Salzschlacke verringert sich in gleicher Weise
• Die Schmelzausbeute erhöht sich
• Die Chargierkapazitat für Schrott je Ofenreise erhöht sich
• Die Schmelzkosten verringern sich.
Die Diagramme zeigen den Ablauf eines herkömmlichen Chargen- schmelzens (Fig. 1) unter Zugabe von Schmelzsalz sowie das er- findungsgemaße Verfahren (Fig. 2), bei dem erst nach dem Schmelzen des überwiegenden Aluminiumschrotts das Salz zur Bildung der Suspension und Salzschlacke zugeführt wird. Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Diagramme, die verschiedene Betriebsphasen eines 20t Drehtrommelofens über die Zeit eines vollen Ofenzyklus, im Fachjargon auch Ofenreise genannt, wiedergeben, wobei für beide Diagramme angenommen wurde, dass ein identischer Schrott in der gleichen Menge geschmolzen und von Verunreinigungen getrennt werden soll.
Beim konventionellen Chargenschmelzen (Fig. 1) wird zunächst in einer ersten Charge das Schmelzsalz vorgelegt und geschmolzen. Danach werden schrittweise z. B. 9 Chargen Schrott zuge- geben und bis zu einem teigigen Zustand geschmolzen. Da Salz ein thermischer Isolator ist, wirkt sich die frühe Zugabe des Salzes negativ auf den Wärmeübergang vom Ofen und dem bereits geschmolzenen Schrott auf noch nicht geschmolzenen Schrott aus. Aufgrund der relativ langsamen Schmelzgeschwindigkeit kann erst nach einer Zeit von ca. 3 Stunden mit dem Entleeren des Ofens begonnen werden.
Das Diagramm gem. Fig. 2 zeigt, dass durch die spate Zugabe des Salzes eine höhere Schmelzgeschwindigkeit erzielt wird, so dass bereits nach ca. 2,8 Stunden mit dem Entleeren des Ofens begonnen werden kann, wodurch die Ofenreise um ca. 7% verkürzt ist.
Die Linien zeigen die Pegelstande der jeweiligen Anteile im Drehtrommelofen an.
Im Falle des konventionellen Chargenschmelzens wurden 3t Salz und 17t Schrott eingesetzt und mit einem Metallbrand von 3% sowie einem Metallgehalt in der Salzschlacke von 8,5% gerechnet .
Beim erfindungsgemaßen Verfahren konnte der Schrottanteil auf 17,1t erhöht werden, da lediglich nur 2,9t Salz zugegeben wer- den müssen, die ausreichen, das auf dem Metallbad aufschwimmende Oxid einzubinden und eine homogene Schlacke zu bilden. Hierdurch kann mit einem leicht auf 8% verringerten Metallgehalt in der Salzschlacke gerechnet werden. Beim konventionellen Schmelzen ergibt sich in der Regel eine Schmelzausbeute von ca. 82,3%, wohingegen beim erfindungsgema- ßen Schmelzen (umgekehrtes Chargenschmelzen) eine Metallausbeute von 82,5% erzielbar ist.
Die Diagramme geben keine präzisen Betriebsablaufe wieder, sonder dienen lediglich zur Kenntlichmachung der Unterschiede zwischen dem erfindungsgemaßen Verfahren und dem herkömmlichen Chargenschmelzen von Aluminiumschrott.
Alternativ kann eine geringe Menge, z. B. 1-20%, des gesamten Schmelzsalzes wahrend oder vor dem ersten Einbringen des Aluminiumschrottes mit in den Ofen eingebracht werden. Hierdurch verschlechtert sich das erfindungsgemaße Verfahren nicht oder nur unwesentlich.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Wiederaufbereiten von Aluminiumschrott in einem sich bewegenden Ofen, insbesondere einem Drehtrom- melofen, wobei der Metallschrott als Ganzes oder in Chargen nach und nach in dem Ofen zum Schmelzen eingebracht wird, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in einem ersten Verfahrensschritt Aluminiumschrott eingebracht und geschmolzen wird, und dass frühestens nach Zu- fuhrung von mindestens 30-100% des Aluminiumschrotts in einem zweiten Verfahrensschritt Salz zur Bildung einer Suspension bzw. Salzschlacke zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aluminiumschrott in Chargen nach und nach in den Schmelzofen eingebracht und geschmolzen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass erst nach Zufuhrung von mindestens 60 bis 100%, insbesondere 80 bis 100%, des gesam- ten zu schmelzenden Aluminiumschrotts das Salz zugeführt wird.
4. Verfahren zum Schmelzen von Aluminiumschrott nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aluminiumschrott bei ei- ner Ofentemperatur von unter 850°, insbesondere unter 8000C, geschmolzen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wahrend oder vor dem ersten Verfahrensschritt ca. 1-20% der für den gesamten Schmelz- und Wiederaufbereitungsvorganges benotigten Salzmenge zugegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Salz eine Mischung aus NaCl und KCl mit Zusätzen, insbesondere mit Fluoriden, ist.
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