WO2009006744A2 - Verfahren zum schmelzen und warmhalten von metallschmelze und schmelz- und warmhalteofen für metallschmelzen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for melting and keeping molten metal, in particular non-ferrous metal melts, as well as a melting and holding furnace for molten metals, in particular for melting, keeping warm and dosing of non-ferrous molten metals, e.g. of aluminum materials.
  • DE-OS 2022989 describes a dosing automatic for liquid metals, in which a holding furnace is charged via a feed flap with molten metal and the discharge of the amount of metal to be metered is charged via a discharge pipe. If melt is to be metered, the furnace is pressurized with compressed air and the melt rises in the delivery pipe. According to JP-A-20031117649, the pressurization with inert gases can be done to minimize oxide formation.
  • a metering container is connected via a closable opening with the melting space of the holding furnace in the flow direction.
  • the dosing is in turn emptied by pressurization via a riser, wherein the aforementioned opening is arranged in the bottom of the dosing and can be closed from the inside by means of a valve body.
  • FIG. 10 Another holding furnace with dosing device is disclosed in WO-A-2004089562.
  • a metering chamber is integrated in such a way that it is mounted with a delivery pipe in the holding furnace.
  • a metering furnace contains a holding chamber and a metering chamber, which are interconnected by a closable channel. For dosing in the dosing chamber located melt is acted upon at the surface with compressed gas and enters a riser to the casting.
  • a melting and casting furnace contains a heatable furnace space, which is divided by partitions into several chambers.
  • the partitions have openings for the melt and for heating or flue gases.
  • the opening for the passage of melt between a preheating and a compensation chamber is arranged below the bath level in the preheating chamber.
  • a burner heater is used, which acts with its flame from the end of a heating chamber from the bath surface.
  • the metal to be melted is introduced cyclically into a flood chamber, as a result of a variable pendulum motion of the furnace, a pedestal is overflowed by melt and absorbs the melt.
  • the burner is located below the pedestal in a heating chamber, into which the molten metal passes before it expires.
  • the pendulum bearing of the furnace is complex and the function of the furnace is dependent on an exact control of the pendulum movements.
  • a molten metal holding furnace comprises a multi-chamber sump having a melt filling funnel, a holding chamber and a scooping chamber, the holding chamber being coverable by a lid and the chambers provided with passages below the surface of the molten metal used.
  • the scoop chamber has a deeper bottom which causes sumping.
  • the invention has for its object to develop a method for melting and keeping molten metal, especially non-ferrous molten metals, which avoids the disadvantages of the prior art and allows melting, keeping warm, cleaning and dosing without pressure boosting or an additional Umschmeizofen.
  • the melt to be dosed should be low in gas and slag.
  • a further object of the invention is to provide a melting and holding furnace for molten metals, in particular for melting, keeping warm and metering non-ferrous molten metals, e.g. of aluminum materials.
  • Fig. 1 a melting and holding furnace
  • Fig. 2 a melting and holding chamber of the furnace
  • Fig. 3 the holding chamber with warming chamber
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the holding chamber.
  • a melting and holding furnace 1 includes a lift 2 to the melting chamber 5 with a melting stage 4, are poured into the parts to be melted from aluminum through an unspecified opening from.
  • the melting chamber 5 is provided with a safety valve 13 "(safety flap), which is surrounded by an exhaust hood 3 with a trigger 13 to a chimney or fan and has two parallel adjacent burner 11 lower power, which are directed to the melting stage 4
  • the small burning energy of the burners 11 enables a dropwise melting of the aluminum parts, and in the case of furnaces of a small design a burner 11 may be sufficient.
  • Below the melting stage 4, a pre-bath 6 is arranged, drips into the molten metal.
  • the pre-bath 6 is provided with a further burner 12 also of lower power. The pre-bath 6 is used to calm the melt.
  • the pre-bath 6 is connected via a channel 17, which is arranged below the melt level with a holding chamber 16.
  • the holding chamber 16 is equipped with an impeller 9 for stirring the melt.
  • the holding chamber 16 is in turn connected by means of a channel 8, which is located below the Schmelzbadspiegels, with a second holding chamber, a scooping chamber 7.
  • a ladle 14 can dive for portionwise removal of melt.
  • the ladle is associated with a device for Kornfei- tion 10.
  • the scrap to be processed is conveyed by means of the elevator 2 in the melting chamber 5 on the melting stage 4. There it is melted so slowly and gently by means of the gas burner 11 that molten metal drops from the melting stage 4 into the prebath 6 drop by drop. A "hole-shaped" melting is avoided by the use of two burners 11. The slow melt resp. Melting avoids overheating of the metal and burning of lower melting alloying elements.
  • All burners 11, 12 allow freely selectable temperatures of the melt between about 61O 0 C to 740 0 C. is preferably melted at temperatures below 650 ° C, resulting in long service life of the furnace.
  • the oven works with max. 2% excess air (possibly inert gas), in particular in the region of the melting chamber 5.
  • the safety valve 13 is always slightly open (adapted to the burner performance) and allows a deduction of air and flue gases. With possible pressure increases the safety valve 13 'opens completely.
  • the melt is heated by another gas burner 12. Under the bath surface, the melt flows through the channel 8 into the scoop chamber 7. This has the advantage that only a small amount of gas can be absorbed and that the bath is calm.
  • the impeller 9 of the holding chamber 16 homogenizes, cleans and degasifies the melt.
  • the melt could be held by another, not explicitly shown heater to temperature. Usually, however, the heat transfer from the holding chamber is considered sufficient.
  • the supply of raw material to be melted takes place in dependence on the Schmelzeaustrag from the scoop chamber 7 to ensure that the first supplied material is also discharged first again. In addition, an overload of the furnace is avoided.
  • the holding chamber 16 may consist of two interconnected sub-chambers 16 x , each sub-chamber may be equipped with an impeller 9.
  • each sub-chamber may be equipped with an impeller 9.
  • already molten metal can be emptied with a crucible 15 in the pre-bath 6. This eliminates the melting stage. 4
  • an exothermic salt is added, for cleaning the melt in the holding chamber 16, however, an endothermic salt.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen und Warmhalten von Metallschmelze, insbesondere von NE-Metallschmelzen, zum Schmelzen, Warmhalten und Dosieren von NE-Metallschmelzen, z.B. von Aluminiumwerkstoffen in einem Ofen mit separaten Kammern zum schmelzen, warmhalten und entnehmen von Schmelze, wobei der Schmelze in der Schmelzkammer Heizenergie zugeführt wird. Zur Erzielung hochwertiger Schmelze in nur einem Ofen wird das zu schmelzendes Metall schonend und tropfenweise aufgeschmolzen.

Description

Verfahren zum Schmelzen und Warmhalten von Metallschmelze und Schmelz- und Warmhalteofen für Metallschmelzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen und Warmhalten von Metallschmelze, insbesondere von NE-Metallschmelzen sowie einen Schmelz- und Warmhalteofen für Metallschmelzen, insbesondere zum Schmelzen, Warmhalten und Dosieren von NE- Metallschmelzen, z.B. von Aluminiumwerkstoffen.
Die DE-OS 2022989 beschreibt eine Dosierautomatik für flüssige Metalle, bei der ein Warmhalteofen über eine Beschickungsklappe mit Metallschmelze beschickt wird und der Austrag der zu dosierenden Metallmenge über ein Abgaberohr beschickt wird. Soll Schmelze dosiert werden, wird der Ofen mit Druckluft beaufschlagt und die Schmelze steigt im Abgaberohr an. Gemäss der JP-A-20031117649 kann die Druckbeaufschlagung mit inerten Gasen erfolgen um Oxidbildung zu minimieren.
Bei einem Warmhalteofen gemäss DE-A-19821650 ist ein Dosierbehälter über eine verschliessbare Öffnung mit dem Schmelzeraum des Warmhalteofens in Strömungsrichtung verbunden. Der Dosierbehälter ist wiederum mittels Druckbeaufschlagung über ein Steigrohr entleerbar, wobei die vorgenannte Öffnung im Boden des Dosierbehälters angeordnet ist und von innen mittels eines Ventilkörpers verschliessbar ist.
Einen weiteren Warmhalteofen mit Dosiervorrichtung ist in der WO-A-2004089562 offenbart. Hierbei steht ein gesteuertes Auslassventil einer pneumatisch betriebenen Dosierkammer in Verbindung mit Niveausensoren o.dgl. um Rückfluss von Schmelze aus einem Steigrohr zu vermeiden. Im Warmhalteofen ist eine Dosierkammer dergestalt integriert, dass sie mit einem Förderrohr im Warmhalteofen gelagert ist.
Gemäss J P-A-2001239357 ist eine solche Dosierkammer noch separat zum Ofen angeordnet und mit diesem via Steigrohr verbunden. Einen weiteren Ofen mit Steigrohr und Schmelzepumpe zeigt die WO-A-02100575.
Ein Dosierofen nach DE-A-102004048043 enthält eine Warmhaltekammer und eine Dosierkammer, die durch einen verschliessbaren Kanal miteinander verbunden sind. Zum Dosieren wird in der Dosierkammer befindliche Schmelze an der Oberfläche mit Druckgas beaufschlagt und gelangt in ein Steigrohr zur Giesseinrichtung.
Ein Schmelz- und Giessofen gemäss DE-U-8911447 enthält einen beheizbaren Ofenraum, der durch Trennwände in mehrere Kammern unterteilt ist. Die Trennwände weisen Öffnungen für die Schmelze sowie für Heiz- oder Rauchgase auf. Die Öffnung zum Durchtritt von Schmelze zwischen einer Vorwärm- und einer Ausgleichskammer ist unterhalb des Badspiegels in der Vorwärmkammer angeordnet. Analog zur DE-A-3239146 wird eine Brennerheizung verwendet, die mit ihrer Flamme vom Ende einer Heizkammer aus die Badoberfläche beaufschlagt. Das einzuschmelzende Metall wird taktweise in eine Flutkammer eingebracht, wobei infolge einer variierbaren Pendelbewegung des Ofens ein Podest von Schmelze überspült wird und die Schmelze aufnimmt. Der Brenner befindet sich unterhalb des Podestes in einer Heizkammer, in die auch das geschmolzene Metall gelangt, bevor es abläuft. Die Pendellagerung des Ofens ist aufwändig und die Funktion des Ofens ist von einer exakten Steuerung der Pendelbewegungen abhängig.
Ein Warmhalteofen für Metallschmelzen nach der DE-A-3034970 beinhaltet eine Mehrkammerwanne mit einer Einfüllkammer mit Einfülltrichter für Schmelze, einer Warmhaltekammer und einer Schöpfkammer, wobei die Warmhaltekammer durch einen Deckel abdeckbar ist und die Kammern mit Durchgängen unterhalb der Oberfläche der eingesetzten Metallschmelze versehen sind. Die Schöpfkammer weist einen tieferliegenden Boden auf, was eine Sumpfbildung bewirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schmelzen und Warmhalten von Metallschmelze, insbesondere von NE-Metallschmelzen zu entwickeln, welches die Nachteile des Standes der Technik meidet und ein Schmelzen, Warmhalten, Reinigen und Dosieren ohne Druckförderung oder einen zusätzlichen Umschmeizofen ermöglicht. Zudem soll die zu dosierende Schmelze gas- und schlackenarm sein. Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentansprüche 1 gelöst. Da das Metall erst im Ofen langsam aufgeschmolzen wird und tropfenförmig abschmilzt, kann eine gas- und schlackenarme Schmelze ohne Entmischung bereitgestellt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen offenbart.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Schmelz- und Warmhalteofen für Metallschmelzen, insbesondere zum Schmelzen, Warmhalten und Dosieren von NE-Metallschmelzen, z.B. von Aluminiumwerkstoffen zu schaffen.
Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs x gelöst und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den zugehörigen Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die
Fig. 1 : einen Schmelz- und Warmhalteofen
Fig. 2: eine Schmelz- und Warmhaltekammer des Ofens
Fig. 3: die Warmhaltekammer mit Schöpfkammer
Fig. 4: eine weitere Ausführungsform der Warmhaltekammer.
Ein Schmelz- und Warmhalteofen 1 beinhaltet einen Aufzug 2 zu Schmelzkammer 5 mit einer Schmelzbühne 4, in die zu schmelzende Teile aus Altaluminium durch eine nicht näher bezeichnete Öffnung aus eingefüllt werden. Die Schmelzkammer 5 ist mit einem Sicherheitsventil 13" (Sicherheitsklappe) versehen, welches von einer Abgashaube 3 mit einem Abzug 13 zu einem Kamin oder Ventilator umgeben ist und weist zwei, parallel nebeneinander liegende Brenner 11 geringerer Leistung auf, die auf die Schmelzbühne 4 gerichtet sind. Die geringe Brennenergie der Brenner 11 ermöglicht ein tropfenweises abschmelzen der Aluminiumteile. Bei Öfen kleiner Bauart kann auch ein Brenner 11 ausreichend sein. Unterhalb der Schmelzbühne 4 ist ein Vorbad 6 angeordnet, in das geschmolzenes Metall abtropft. Das Vorbad 6 ist mit einem weiteren Brenner 12 von ebenfalls geringerer Leistung versehen. Das Vorbad 6 dient der Beruhigung der Schmelze.
Das Vorbad 6 ist über einen Kanal 17, der unterhalb des Schmelzespiegels angeordnet ist mit einer Warmhaltekammer 16 verbunden. Die Warmhaltekammer 16 ist mit einem Impeller 9 zum rühren der Schmelze ausgestattet.
Die Warmhaltekammer 16 ist wiederum mittels eines Kanals 8, der sich unterhalb des Schmelzbadspiegels befindet, mit einer zweiten Warmhaltekammer, einer Schöpfkammer 7 verbunden. In die Schöpfkammer 7 kann ein Schöpflöffel 14 zur portionsweisen Entnahme von Schmelze eintauchen. Dem Schöpflöffel ist eine Einrichtung zur Kornfei- nung 10 zugeordnet.
Das zu verarbeitende Altmetall wird mittels des Aufzuges 2 in die Schmelzkammer 5 auf die Schmelzbühne 4 befördert. Dort wird es mittels der Gas-Brenner 11 so langsam und schonend aufgeschmolzen, dass geschmolzenes Metall tropfenweise von der Schmelzbühne 4 in das Vorbad 6 gelangt. Ein "bohrungsförmiges" aufschmelzen wird durch die Verwendung von zwei Brennern 11 vermieden. Das langsame aufschmelzen resp. abschmelzen vermeidet eine Überhitzung des Metalls sowie das abbrennen von tiefer schmelzenden Legierungselementen.
Sämtliche Brenner 11, 12 ermöglichen frei wählbare Temperaturen der Schmelze zwischen ca. 61O0C bis 7400C. Bevorzugt wird bei Temperaturen unterhalb 650°C geschmolzen, was hohe Standzeiten des Ofens ergibt.
Der Ofen arbeitet mit max. 2% Luftüberschuss (ggf. Inertgas), insbesondere im Bereich der Schmelzkammer 5. Das Sicherheitsventil 13 ist ständig leicht (angepasst an die Brennerleistung) geöffnet und ermöglicht einen Abzug von Luft und Rauchgasen. Bei möglichen Druckanstiegen öffnet das Sicherheitsventil 13' vollständig.
In der Warmhaltekammer 16 wird die Schmelze durch einen weiteren Gas-Brenner 12 erhitzt. Unter der Badoberfläche fliesst die Schmelze durch den Kanal 8 in die Schöpf- kammer 7. Dies hat den Vorteil, dass nur wenig Gas aufgenommen werden kann und dass das Bad beruhigt ist. Der Impeller 9 der Warmhaltekammer 16 homogenisiert, reinigt und entgast die Schmelze.
In der Schöpfkammer 7 könnte die Schmelze durch eine weitere, nicht explizit dargestellte Heizung auf Temperatur gehalten werden. Üblicherweise ist jedoch der Wärmetransport von der der Warmhaltekammer als ausreichend anzusehen.
Durch den Schöpflöffel 14 wird eine Schmelzeportion ohne nennenswerten Temperaturverlust entnommen und einer Druckgiessmaschine zugeführt. Durch Zugabe von Komfeinungsmitteln in den Schöpflöffel 14 kann der Schmelzewerkstoff weiter veredelt werden.
Möglich ist so eine genaue Dosierung von homogenisiertem Material bei konstanter Badtemperatur und geringem Temperaturverlust bei der Zuführung der Schmelze, kürzere Füllzeiten, eine Veredelung des Werkstoffes im Schöpflöffel 14.
Umschmelzen, aufbereiten und warmhalten erfolgt in nur einem Ofen.
Erzielbar sind Gussteile mit weniger als 0,1 ppm Gasanteil.
Die Zufuhr von aufzuschmelzendem Rohmaterial erfolgt in Abhängigkeit vom Schmel- zeaustrag aus der Schöpfkammer 7 um zu gewährleisten, dass das zuerst zugeführte Material auch zuerst wieder ausgetragen wird. Zudem wird eine Überlastung des Ofens vermieden.
Bei einer weiterhin möglichen Ausführungsform der Warmhaltekammer 16 kann diese aus zwei miteinander verbundenen Teilkammern 16xbestehen, wobei jede Teilkammer mit einem Impeller 9 ausgestattet sein kann. Bei dieser Ausführungsform kann bereits geschmolzenes Metall mit einem Tiegel 15 in das Vorbad 6 entleert werden. Dabei entfällt die Schmelzbühne 4. Um ein anhaften von Schmelze oder Schlacken an der Auskleidung des Vorbades 6 zu verhindern, wird ein exotherm wirkendes Salz zugegeben, zur Reinigung der Schmelze in der Warmhaltekammer 16 hingegen ein endotherm wirkendes Salz.
Bezugszeichen
Schmelz- und Warmhalteofen
Aufzug
Abgashaube
Schmelzbühne
Schmelzkammer
Vorbad
Schöpfkammer
Kanal
Impeller
Kornfeinung
Brenner
Brenner
Abzug
Sicherheitsventil
Schöpflöffel
Tiegel
Warmhaltekammer
Kanal

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schmelzen und Warmhalten von Metallschmelze, insbesondere von NE-Metallschmelzen in einem Ofen mit separaten Kammern zum schmelzen, warmhalten und entnehmen von Schmelze, wobei der Schmelze in der Schmelzkammer Heizenergie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu schmelzendes Metall in festem Zustand zugeführt und schonend und tropfenweise aufgeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das aufgeschmolzene Metall in ein Vorbad (6) tropft, in dieser beruhigt/homogenisiert und weiter erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze unter der Badoberfläche in eine Warmhaltekammer (16) fliesst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze aus der Warmhaltekammer (16) unter der Badoberfläche in eine Schöpfkammer (7) fliesst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze aus der Schöpfkammer (7) entnommen wird und ihr dabei ein Kornfeinungsmittel zugegeben wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzetemperatur für Aluminiumwerkstoffe ca. 61O0C bis 7400C beträgt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aufschmelzen bei max. 2% Luftüberschuss erfolgt.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von aufzuschmelzendem Rohmaterial in Abhängigkeit vom Schmelzeaustrag erfolgt.
9. Schmelz- und Warmhalteofen für Metallschmelzen, insbesondere zum Schmelzen, Warmhalten und Dosieren von NE-Metallschmelzen in einem Ofen mit separaten Kammern zum schmelzen, warmhalten und entnehmen von Schmelze, wobei eine Warmhaltekammer und eine Schöpfkammer unterhalb des Badspiegels miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schmelzekammer (5) zwei auf das feste Rohmaterial gerichtete Brenner (11) angeordnet sind, und dass sich unter der Schmelzekammer (5) ein Vorbad (6) befindet, das mit einem weiteren Brenner (12) versehen ist.
10. Schmelz- und Warmhalteofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbad (6) durch einen Kanal (17), der unterhalb der Badoberfläche angeordnet ist, mit einer Warmhaltekammer (16) verbunden ist.
11. Schmelz- und Warmhalteofen nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmhaltekammer (16) durch einen Kanal (8), der unterhalb der Badoberfläche angeordnet ist, mit einer Schöpfkammer (7) verbunden ist.
12. Schmelz- und Warmhalteofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (11) parallel nebeneinander angeordnet sind.
13. Schmelz- und Warmhalteofen nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Warmhaltekammer (16) ein Impeller (9) angeordnet ist.
14. Schmelz- und Warmhalteofen nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schmelzkammer (5) unterhalb der Brenner (11) eine Schmelzbühne (4) zur Aufnahme des Rohmaterials angeordnet ist.
15. Schmelz- und Warmhalteofen nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Rohmaterial mittels eines Aufzuges (2) auf die Schmelzbühne (4) der Schmelzkammer (5) verbracht wird.
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