WO2023016820A1 - Vorrichtung zur induktiven erwärmung einer metallschmelze, mehrkammerschmelzofen zum schmelzen von schrott aus metall und verfahren zum schmelzen von schrott aus metall - Google Patents

Vorrichtung zur induktiven erwärmung einer metallschmelze, mehrkammerschmelzofen zum schmelzen von schrott aus metall und verfahren zum schmelzen von schrott aus metall Download PDF

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WO2023016820A1
WO2023016820A1 PCT/EP2022/071221 EP2022071221W WO2023016820A1 WO 2023016820 A1 WO2023016820 A1 WO 2023016820A1 EP 2022071221 W EP2022071221 W EP 2022071221W WO 2023016820 A1 WO2023016820 A1 WO 2023016820A1
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WO
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chamber
melting
scrap
vessel
heating
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/071221
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French (fr)
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Christof DAHMEN
Frank Donsbach
Tom Schmidt
Tobias Mertens
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Otto Junker Gmbh
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Publication date
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    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
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    • F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/06—Induction heating, i.e. in which the material being heated, or its container or elements embodied therein, form the secondary of a transformer

Definitions

  • the invention relates to a device for inductively heating molten metal, with at least one vessel formed from a refractory material, the vessel having an inlet section and an outlet section for the molten metal to flow in and out of the vessel, and at least one vessel being arranged outside the vessel Inductor is provided for heating the molten metal in the vessel.
  • the invention relates to a multi-chamber melting furnace for melting metal scrap, in particular aluminum scrap, having at least one melting chamber for charging material, in which impurities on the charging material can be removed, at least one heating chamber which is connected to the at least one melting chamber and at least one device for supplying heat has at least one dry ramp and/or at least one closed forehearth and/or at least one charging hearth for charging the multi-chamber melting furnace with the scrap, and a method for melting metal scrap, in particular aluminum scrap, with such a multi-chamber melting furnace.
  • a generic device which goes back to the applicant, is known, for example, from DE 1 583 460 A1.
  • the channel inductor described there is arranged on the underside of a furnace and heats the melt in the furnace.
  • the inductor comprises a semi-circular trough formed of a refractory material, having an inlet and an outlet section and filled with liquid metal during operation.
  • the inlet and outlet sections allow liquid metal from the furnace basin into the chute flow in and out.
  • An inductor with an iron core and an induction coil is arranged outside the trough, the trough running around the induction coil of the inductor.
  • An alternating current flows through the induction coil during operation, so that an alternating magnetic field builds up in the space delimited by the inductor.
  • the molten metal which is located in the space delimited by the inductor, forms a second, short-circuited coil in which a voltage is induced, so that an eddy current is created in the molten metal.
  • This eddy current causes the metal to heat up, whereby the heat does not reach the melt from the surface, but is generated in the melt itself.
  • a similarly constructed channel inductor which is also suitable for the inductive heating of molten metal, is known from EP 0490 264 A1.
  • crucible inductors can be used for inductive heating of molten metal.
  • a crucible inductor is described, for example, in DE 10 2017 102 924 B3.
  • the crucible is formed of a refractory material and can accommodate molten metal inside.
  • An induction coil runs around the crucible, which induces a voltage in the melt during operation, so that the melt located in the crucible is heated according to the principle explained above.
  • melting furnaces that are equipped with one or more conventional channel or crucible inductors have a low level of efficiency compared to a gas-heated melting furnace, so that heating molten metal with a channel or crucible inductor according to the prior art is comparatively energy-intensive and accordingly expensive .
  • most multi-chamber melting furnaces have one or more burners, in particular gas burners.
  • a gas-heated multi-chamber melting furnace is, for example, in
  • the multi-chamber melting furnace disclosed there has two melting chambers for charge material, in which impurities on the charge material can be removed.
  • a heating chamber is arranged between the melting chambers and has two gas burners, via which at least a large part of the heat required for melting the charge material is introduced.
  • the melting chamber and the heating chambers are fluidly connected, so that heat and mass transfer between the two chambers is possible.
  • contaminated aluminum scrap is fed in via the melting chambers and heated there. Contaminants present on the scrap, such as organic contaminants such as paint or oils, are burned and removed removed this way.
  • the charge is placed in the melt bath.
  • the aluminum scrap sinks to the bottom of the respective melting chamber due to its weight, it liquefies. At the bottom of the melting chamber, it can enter the heating chamber in a molten state.
  • a large surface area is required on the melt, since the heat input into the melt takes place via its surface.
  • a so-called dross forms on the surface of a molten metal as a result of oxidation, which has a lower density than the molten metal but a higher melting point.
  • the dross is removed from the surface of the molten metal by scraping devices. This results in a loss of molten metal.
  • an additional work step is necessary to remove the dross.
  • the invention is based on the object of further developing a device for inductively heating a molten metal in such a way that a molten metal can be heated more energy-efficiently than with conventional inductors, so that the CO 2 emissions associated with the heating can be reduced.
  • a multi-chamber melting furnace is to be specified that produces comparatively fewer CO 2 emissions when heating a molten metal.
  • a device for inductively heating a molten metal having the features of the preamble of claim 1 in that that the device comprises a conveying device for conveying the molten metal through the vessel.
  • the object is achieved in that the heat is supplied in the heating chamber with a device for inductively heating a melt according to one of claims 1 to 8.
  • metal scrap in particular aluminum scrap, in the form of scrap packages, loose light scrap and/or small scrap
  • the invention recognized that the efficiency of an inductor can be increased by moving the melt, which is heated by the inductor, with the aid of a conveying device.
  • the conveying device conveys the melt to be heated through the vessel past the inductor, so that new melt continuously passes through the inductor.
  • the melt heated by the inductor is accordingly quickly away from the inductor through the vessel so that new, comparatively cold melt can reach the effective field of the inductor.
  • Inductive heating according to the invention also makes it possible to design the shape of the heating chamber without loss of efficiency in such a way that only a comparatively small surface is formed on the melt. Since the heat during inductive heating is not introduced into the material via the surface of the melt but rather is generated in the material itself, it is no longer necessary to design the heating chamber in such a way that a large melt surface can form. With a reduced enamel surface, the oxide and thus also the undesired formation of dross are reduced. In the best case, oxide formation can be prevented completely, so that removal of the dross on the surface of the melt is no longer necessary.
  • the vessel in which the melt is heated can be designed as a trough, with one end of the trough serving as an inlet section and the other end as an outlet section. Comparatively cold melt enters the channel in the inlet section, whereas the heated melt leaves the channel in the outlet section.
  • the conveying device supports the inflow and outflow of the melt via the inlet or outlet section.
  • the channel is arranged in such a way that it runs at least partially around at least one induction coil of the at least one inductor.
  • the design of the vessel as a channel that runs around the inductor essentially corresponds to the structure of a conventional channel inductor.
  • the conveying device causes the melt to flow through the trough faster than with conventional trough inductors. By generating this flow, the efficiency of the inductor can be increased.
  • the channel can have a semi-circular, U-shaped, V-shaped, W-shaped or semi-rectangular course, seen in vertical section along the length of the channel.
  • Other shapes suitable for the respective application are also conceivable.
  • the inductor is always arranged in such a way that the channel runs at least partially around the induction coil.
  • the inductor is arranged between the vertically running trough sections of the "U".
  • two induction coils can be placed between the individual, opposite trough sections.
  • the channel can have a closed profile in cross section.
  • the profile can be circular, oval or square, for example. With a closed profile, the melt does not come into contact with the ambient air. This can have an advantageous effect on undesired heat losses and avoidable dross formation on the surface of the melt.
  • the profile of the channel can be designed to be open when viewed in cross section.
  • the channel can have a U-shaped or semi-circular profile.
  • Other profiles are also conceivable.
  • the vessel can be designed as a crucible.
  • the crucible also has an inlet section and an outlet section through which the melt is conveyed by means of the conveying device.
  • the melt can, for example, enter the crucible through an upper opening on the crucible and leave the crucible again through an opening arranged in the vicinity of the bottom of the crucible.
  • the induction coil runs around the crucible in the same way as is already known from conventional crucible inductors.
  • the crucible can be designed either as a vessel that is open at the top or as a completely closed vessel. In the latter case, the crucible can also be arranged horizontally.
  • the crucible can not only be used to heat the melt, but also as a charging hearth for charging small-sized scrap such as chips, trimming or stamping scrap.
  • the device may comprise channels through which the melt can flow from the furnace into the crucible and from the crucible back into the furnace.
  • the conveying device which conveys the melt through the vessel past the inductor, is particularly preferably designed as an electromagnetic pump.
  • a mechanical pump can also be used for this task.
  • a device according to the invention for melting metal scrap, in particular aluminum scrap
  • heat is introduced into the melting chamber with a device according to the invention.
  • the device can either be provided with a new furnace or retrofitted to a multi-chamber melting furnace that is already in use.
  • the gas burners usually present in the heating chamber can be exchanged for a device according to the invention for inductively heating molten metal.
  • the furnace can be designed in such a way that the surface of the melt in the furnace during operation is reduced in comparison to conventional multi-chamber melting furnaces.
  • the individual chambers, in particular the heating chamber can therefore be designed in such a way that the ratio of height to base area is significantly larger than in multi-chamber melting furnaces, in which the heat is largely supplied to the melt with burners.
  • at least a large part of the heat is supplied in a multi-chamber melting furnace according to the invention via a device for inductive heating.
  • the heat is not introduced via the surface formed on the melt, but rather via eddy currents induced in the melt.
  • the size of the surface formed on the melt is not relevant for the heat input.
  • a multi-chamber melting furnace has at least one burner in the melting chamber for burning impurities that may potentially be present on the scrap.
  • Multi-chamber melting furnaces are typically used to recycle aluminum.
  • Common products made of aluminum or an aluminum alloy are, for example, beverage cans, window frames or vehicle parts such as wheel rims.
  • Aluminum recycling requires a fraction of the energy required to produce primary aluminum from bauxite. As a rule, it is therefore economical to produce new aluminum from old products, which in turn can be further processed into new products.
  • the old products that have reached the end of their life cycle and are available for recycling as aluminum scrap usually have impurities such as paint or oils.
  • a burner in the melting chamber can burn off the impurities present on the aluminum shot, so that they can be removed from the melting chamber as flue gas and not enter the heating chamber.
  • At least one additional burner for starting up the multi-chamber melting furnace is particularly preferably arranged in the heating chamber.
  • molten metal which is referred to as a so-called sump
  • block material for the production of this sump is in the inserted heating chamber.
  • the block material can be liquefied with the aid of the burner arranged in the heating chamber, so that the bottom is formed and the vessel of the device according to the invention for inductive heating of the melt can be flown through.
  • an electromagnetic and/or mechanical pump is provided for circulating the melt between the chambers.
  • a pump can support the exchange of melt between the heating and melting chamber.
  • a thermal post-combustion system for burning the flue gases produced in the melting and heating chamber.
  • the smoke gases that are produced when the impurities present in the aluminum scrap are burned or when starting up with the help of a burner are usually poisonous and cannot easily be discharged into the environment. These flue gases are cleaned in the post-combustion plant.
  • the heat generated in the thermal post-combustion plant is advantageously fed into the melting chamber with a return device. This heat recovery increases the energy efficiency of the multi-chamber melting furnace and thus makes a further contribution to reducing CO 2 emissions.
  • a flue gas filter system is arranged behind the thermal post-combustion system.
  • the gases escaping from the thermal post-combustion system can be further cleaned there and then discharged into the open air.
  • the multi-chamber melting furnace can also comply with strict air pollution control regulations.
  • the heat generated in the thermal post-combustion system is accordingly particularly preferably supplied to the melting chamber.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the flue gases produced in the heating and melting chamber and in the thermal post-combustion system are cleaned in a flue gas filter system before they are discharged to the outside.
  • FIG. 1a shows a multi-chamber melting furnace according to the invention with a channel inductor for inductive heating of molten metal in a vertical section through the longitudinal axis of the furnace,
  • Fig. 1b shows the multi-chamber melting furnace from Fig. 1a in horizontal section
  • FIG. 2 shows the multi-chamber melting furnace from FIG. 1a with further components
  • FIG. 3 shows an alternative exemplary embodiment of a multi-chamber melting furnace according to the invention with a crucible inductor for inductive heating of molten metal, in horizontal section.
  • FIG. 1a shows a vertical section through the longitudinal axis of the furnace 1 through a multi-chamber melting furnace 1 according to the invention.
  • Multi-chamber melting furnace 1 is suitable for producing secondary aluminum from aluminum scrap. Both clean and contaminated aluminum scrap can be processed. The processing of other metals is also possible.
  • the multi-chamber melting furnace 1 has a melting chamber 2 and a heating chamber 3 arranged next to the melting chamber 2 .
  • a vertically aligned furnace wall 4 runs between the melting chamber 2 and the heating chamber 3.
  • the melting chamber 2 and the heating chamber 3 have a trough-shaped, common furnace floor 5 which accommodates the molten bath S during operation.
  • the melting chamber 2 and the heating chamber 3 are fluidly connected via an opening 6 arranged on the furnace floor 5 of the furnace 1, so that heat and material transfer between the chambers 2 and 3 is possible.
  • a pump not shown in FIG. 1a, can support the heat and mass transfer between the chambers 2 and 3.
  • the furnace chambers 2 and 3 are formed from a refractory material in a manner known per se
  • At least a large part of the heat required for melting is introduced into the heating chamber 3 .
  • the melt pool S is permanently heated there in order to transfer the required melting energy for the melting chamber 2 into the
  • a device according to the invention for inductive heating of the melt S is arranged below the heating chamber 3 for the supply of heat.
  • the device is designed as a trough inductor 7.
  • the device according to the invention for inductively heating the melt S comprises a U-shaped channel 8 which has an inlet section 9 and an outlet section 10 .
  • the comparatively cold melt S flows out of the heating chamber 3 via the inlet section 9 into the channel 8 and is heated there.
  • the heated melt S leaves the chute 8 again via the outlet section 10 and thus returns to the heating chamber 3.
  • the direction of flow of the melt S in the chute 8 is shown by arrows in FIG. 1a, which are not identified in any more detail.
  • the channel 8 has a closed profile in cross section.
  • An induction coil 11 is arranged outside the trough 8 between the two vertically extending, opposite sections of the trough 8 so that the trough 8 runs around the induction coil 11 .
  • the transformer core 12 forms a ring around the groove 8.
  • the device comprises an electromagnetic pump 13 which pumps the melt S through the channel 8 .
  • the efficiency of the device for inductive heating can be increased.
  • the charging of the multi-chamber melting furnace 1 with contaminated aluminum scrap takes place via a ramp 14 arranged in the melting chamber 2.
  • the scrap is heated on the ramp 14 so that any impurities present on the scrap, such as lacquers or oils, are gasified. These impurities are burned off with the aid of burners 15 arranged in the melting chamber 2 .
  • the cleaned scrap is then added to the melt S, where it sinks onto the furnace floor 5 due to its weight during the melting process. There the melted scrap can get into the heating chamber 3 via the opening 6 . In the heating chamber 3 there is only melt S, which no longer has any impurities.
  • the melt S can be removed from a spout arranged in the heating chamber 3 and not shown in detail.
  • the furnace 1 can be charged via an access 16 arranged in the heating chamber 3 .
  • the aluminum provided in the form of block material is generally heated with a burner 17 arranged in the heating chamber 3, so that a sufficiently high sump is formed on the furnace floor 5.
  • flue gases are produced in the melting chamber 2 and the heating chamber 3, which can be discharged via openings 18, 19 arranged on the upper side of the furnace 1.
  • Fig. lb the multi-chamber melting furnace 1 from Fig. 1a is shown in horizontal section.
  • a charging hearth 20 is arranged outside the melting chamber 2 and the heating chamber 3 .
  • the charging with small pieces of aluminum scrap such as chips, trimmings or stamping scrap can be done via this charging hearth 20 .
  • the charging hearth 20 is supplied with melt S from the heating chamber 3 via a first chute 21.
  • the melt S mixed with the small-piece scrap flows into the melting chamber 2 via a second chute 22, which connects the charging hearth 20 with the melting chamber 2.
  • the flow direction of the Melt S is shown with unspecified arrows.
  • An electromagnetic pump 23 arranged on the channel 22 pumps melt S from the heating chamber 3 into the charging hearth 20 and from there into the melting chamber 2.
  • FIG. 2 shows the multi-chamber melting furnace 1 from FIG. 1a with further components.
  • the flue gases produced in the melting chamber 2 and the heating chamber 3 are sucked off, led to a thermal post-combustion system 24 and cleaned there.
  • the heat generated in the post-combustion plant 24 is supplied to the melting chamber 2 via a recirculation system. As a result, the energy efficiency of the multi-chamber melting furnace 1 can be further increased.
  • the gas emerging from the post-combustion system 24 is fed to a flue gas filter system 25 . There, the gas is further cleaned before it is discharged into the open air.
  • FIG. 3 shows an alternative exemplary embodiment of a multi-chamber melting furnace 1' according to the invention with a crucible inductor 26 for inductively heating a molten metal S in horizontal section.
  • the heat is supplied in this exemplary embodiment in the crucible inductor 26. All other components correspond to those of the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1a, 1b and 2 and therefore have the same reference symbols.
  • Melt S is fed from the heating chamber 3 from above via a channel 28 into the crucible 27 .
  • the inlet section 9 is located at the top edge of the crucible 27.
  • the melt S After the melt S has been heated in the crucible inductor 26 , it leaves it again via the outlet section 10 and is fed to the melting chamber 2 via a lower channel 29 .
  • the outlet section 10 is near the bottom of the crucible.
  • An electromagnetic pump 13 arranged on the chute 28 pumps the melt S from the heating chamber 3 into the crucible 26 and from there via the chute 29 into the melting chamber 2.
  • the flow direction of the melt S corresponds to the direction of the arrows, which are not identified in detail.
  • an induction coil 11 runs around the crucible 27, through which an alternating current is passed during operation.
  • the crucible 27 cannot only be used to supply heat. Rather, it is also suitable as a charging hearth in order to feed the multi-chamber melting furnace 1 with small-sized scrap.

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Abstract

Dargestellt und beschrieben sind eine Vorrichtung zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze (S), mit wenigstens einem aus einem feuerfesten Material gebildeten Gefäß (8, 27), das einen Einlassabschnitt (9) und einen Auslassabschnitt (10) zum Ein- und Ausströmen der Metallschmelze (S) in und aus dem Gefäß (8, 27) aufweist und wobei wenigstens ein außerhalb des Gefäßes (8, 27) angeordneter Induktor zur Erwärmung der in dem Gefäß (8, 27) befindlichen Schmelze (S) vorgesehen ist und ein Mehrkammerschmelzofen (1, 1') zum Schmelzen von Schrott mit wenigstens einer Schmelzkammer (2) für Beschickungsgut, wenigstens einer Heizkammer (3), die mit der wenigstens einen Schmelzkammer (2) verbunden ist und wenigstens eine Einrichtung zur Wärmezufuhr (7, 26) aufweist, wenigstens einer trockenen Rampe (14, 16), od. dgl. zur Beschickung des Ofens mit dem Schrott sowie ein Verfahren zum Schmelzen von Schrott aus Metall in einem solchen Ofen. Damit eine Metallschmelze energieeffizienter als mit herkömmlichen Induktoren erwärmt werden kann, so dass die mit Erwärmung verbundenen CO2-Emissionen reduziert werden können, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Fördereinrichtung (13) zum Fördern der Metallschmelze (S) durch das Gefäß (8, 27) umfasst, dass der Ofen eine entsprechende Einrichtung zur Wärmezufuhr (7, 26) umfasst und dass für das Verfahren Schrott aus Metall über die trockene Rampe (14, 16), od. dgl. in die Schmelzkammer (2) eingebracht und dort geschmolzen wird, die Schmelze (S) in eine Heizkammer (3) durch ein an der Heizkammer (3) angeschlossenes Gefäß (8, 27) gepumpt wird, wobei Wärme in die durch das Gefäß (8, 27) strömende Schmelze (S) mit einem Induktor zugeführt wird und die Rauchgase abgeführt und nachverbrannt werden.

Description

Vorrichtung zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze, Mehrkammerschmelzofen zum Schmelzen von Schrott aus Metall und Verfahren zum Schmelzen von Schrott aus Metall
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze, mit wenigstens einem aus einem feuerfesten Material gebildeten Gefäß, wobei das Gefäß einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt zum Ein- und Ausströmen der Metallschmelze in und aus dem Gefäß aufweist und wobei wenigstens ein außerhalb des Gefäßes angeordneter Induktor zur Erwärmung der in dem Gefäß befindlichen Metallschmelze vorgesehen ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Mehrkammerschmelzofen zum Schmelzen von Schrott aus Metall, insbesondere Aluminiumschrott, aufweisend wenigstens eine Schmelzkammer für Beschickungsgut, in der Verunreinigungen am Beschickungsgut entfernbar sind, wenigstens eine Heizkammer, die mit der wenigstens einen Schmelzkammer verbunden ist und wenigstens eine Einrichtung zur Wärmezufuhr aufweist, wenigstens eine trockene Rampe und/oder wenigstens einen geschlossenen Vorherd und/oder wenigstens einen Chargierherd zur Beschickung des Mehrkammerschmelzofens mit dem Schrott sowie ein Verfahren zum Schmelzen von Schrott aus Metall, insbesondere Aluminiumschrott, mit einem solchen Mehrkammerschmelzofen.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung, die auf die Anmelderin zurückgeht, ist beispielsweise aus der DE 1 583 460 Al bekannt. Der dort beschriebene Rinneninduktor ist an der Unterseite eines Ofens angeordnet und erwärmt die sich im Ofen befindliche Schmelze. Der Induktor umfasst eine halbkreisförmig verlaufende, aus einem feuerfesten Material gebildete Rinne, die einen Einlass- und einen Auslassabschnitt aufweist und im Betrieb mit flüssigem Metall gefüllt ist. Durch den Einlass- und Auslassabschnitt kann flüssiges Metall von dem Ofenbecken in die Rinne ein- und ausströmen. Außerhalb der Rinne ist ein Induktor mit einem Eisenkern und einer Induktionsspule angeordnet, wobei die Rinne um die Induktionsspule des Induktors herum verläuft. Die Induktionsspule wird im Betrieb von einem Wechselstrom durchflossen, so dass sich in dem von dem Induktor umgrenzten Raum ein magnetisches Wechselfeld aufbaut. Die Metallschmelze, die sich in dem von dem Induktor umgrenzten Raum befindet, bildet eine zweite, kurzgeschlossene Spule, in der eine Spannung induziert wird, so dass ein Wirbelstrom in der metallischen Schmelze entsteht. Dieser Wirbelstrom führt zu einer Erwärmung des Metalls, wobei die Wärme nicht von der Oberfläche her in die Schmelze gelangt, sondern in dieser selbst entsteht.
Ein ähnlich aufgebauter Rinneninduktor, der sich ebenfalls zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze eignet, ist aus der EP 0490 264 Al bekannt.
Als Alternative zu Rinneninduktoren können Tiegelinduktoren zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze eingesetzt werden. Ein derartiger Tiegelinduktor ist beispielsweise in der DE 10 2017 102 924 B3 beschrieben. Der Tiegel ist aus einem feuerfesten Material gebildet und kann eine Metallschmelze in seinem Inneren aufnehmen. Um den Tiegel herum verläuft eine Induktionsspule, die im Betrieb eine Spannung in die Schmelze induziert, so dass die in dem Tiegel befindliche Schmelze nach dem im Voranstehenden erläuterten Prinzip erwärmt wird.
Schmelzöfen, die mit einem oder mehreren herkömmlichen Rinnen- oder Tiegelinduktoren ausgestattet sind, weisen einen im Vergleich zu einem gasbeheizten Schmelzofen niedrigen Wirkungsgrad auf, so dass die Erwärmung einer Metallschmelze mit einem Rinnen- oder Tiegelinduktor nach dem Stand der Technik vergleichsweise energieintensiv und dementsprechend teuer ist. Aus diesem Grund weisen die meisten Mehrkammerschmelzöfen einen oder mehrere Brenner, insbesondere Gasbrenner, auf. Ein gasbeheizter Mehrkammerschmelzofen ist beispielsweise in der
DE 10 2017 104 241 Al beschrieben. Der dort offenbarte Mehrkammerschmelzofen weist zwei Schmelzkammern für Beschickungsgut auf, in der Verunreinigungen am Beschickungsgut entfernbar sind. Zwischen den Schmelzkammern ist eine Heizkammer angeordnet, die zwei Gasbrenner aufweist, über die zumindest ein Großteil der zum Schmelzen des Beschickungsguts erforderlichen Wärme eingebracht wird. Die Schmelzkammer und die Heizkammern sind fluidverbunden, so dass eine Wärme- und Stoffübertragung zwischen den beiden Kammern möglich ist Im Betrieb wird verunreinigter Aluminiumschrott über die Schmelzkammern zugeführt und dort erwärmt Dabei werden am Schrott vorhandene Verunreinigungen wie beispielsweise organische Verunreinigungen wie Lacke oder Öle verbrannt und auf diese Weise entfernt. Nach Entfernung der Verunreinigungen wird die Charge in das Schmelzbad gegeben. Während der Aluminiumschrott durch seine Gewichtskraft an den Boden der jeweiligen Schmelzkammer sinkt, verflüssigt er sich. Am Boden der Schmelzkammer kann er in geschmolzenem Zustand in die Heizkammer gelangen.
Vor dem Hintergrund des Klimawandels und dessen immer stärker spürbaren Folgen bedarf es neuer CO2-sparsamer Konzepte für derartige Anlagen. Eine Option zur Vermeidung der bei der Verbrennung von Gas oder anderen fossilen Brennstoffen unweigerlich entstehenden CO2-Emissionen bietet die Erwärmung der Schmelze mittels eines Induktors. Wie bereits im Voranstehenden erläutert, arbeiten herkömmliche Induktoren allerdings zu energieintensiv als dass sie wirtschaftlich für derartige Anwendungszwecke eingesetzt werden könnten. Zudem besteht der in weiten Teilen der Welt angebotene Strom aus einem Energiemix, der Braunkohle, Steinkohle, Kernenergie, Erdgas und Erneuerbare Energien umfasst. Insbesondere die Stromerzeugung mit Braunkohle und Steinkohle ist mit hohen CO2-Emissionen verbunden. Durch induktive Erwärmung einer Schmelze mittels eines Induktors mit einem niedrigen Wirkungsgrad wird also auch indirekt eine große Menge an CO2 emittiert. Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Mehrkammerschmelzöfen durch die große Badoberfläche der Schmelze. Bei brennerbetriebenen Mehrkammerschmelzöfen ist eine große Oberfläche auf der Schmelze notwendig, da der Wärmeeintrag in die Schmelze über deren Oberfläche erfolgt. An der Oberfläche einer Metallschmelze bildet sich durch Oxidation eine sogenannte Krätze, die eine geringere Dichte als die Metallschmelze, aber einen höheren Schmelzpunkt aufweist. Damit bei dem sich dem Schmelzvorgang üblicherweise anschließenden Gießen keine Oxidpartikel in das Gussteil gelangen, wird die Krätze durch Kratzvorrichtungen von der Oberfläche der Metallschmelze abgetragen. Hierdurch entsteht ein Verlust von Metallschmelze. Darüber hinaus ist ein zusätzlicher Arbeitsschritt zum Abtrag der Krätze notwendig.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze derart weiterzubilden, dass eine Metallschmelze energieeffizienter als mit herkömmlichen Induktoren erwärmt werden kann, so dass die mit der Erwärmung verbundenen CO2-Emissionen reduziert werden können.
Darüber hinaus soll ein Mehrkammerschmelzofen angegeben werden, der bei Erwärmung einer Metallschmelze vergleichsweise weniger CO2-Emissionen produziert Zusätzlich ist es wünschenswert, den eingangs näher beschriebenen Mehrkammerschmelzofen derart weiterzubilden, dass die Krätzebildung auf der Oberfläche der Metallschmelze reduziert wird.
Des Weiteren soll ein Verfahren zum Schmelzen von Schrott aus Metall angegeben werden, bei dem im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren CO2-Einsparungen und eine reduzierte Krätzebildung realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Fördereinrichtung zum Fördern der Metallschmelze durch das Gefäß umfasst.
Bei einem Mehrkammerschmelzofen zum Schmelzen von Schrott aus Metall nach dem Oberbegriff von Anspruch 9 wird die Aufgabe dadurch gelöst, das die Wärmezufuhr in der Heizkammer mit einer Vorrichtung zur induktiven Erwärmung einer Schmelze nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erfolgt.
Die zuvor beschriebene Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art gelöst, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- Bereitstellen von Schrott aus Metall, insbesondere Aluminiumschrott, in Form von Schrottpaketen, losem Leichtschrott und/oder kleinstückigem Schrott,
- Beschickung des Schrottes über eine trockene Rampe, einen Vorherd und/oder einen Chargierherd in eine Schmelzkammer,
- ggf. Entfernen und Verbrennen der am Schrott vorhandenen Verunreinigungen,
- Schmelzen des Schrottes in der Schmelzkammer,
- Pumpen der Schmelze in eine Heizkammer,
- Pumpen der Schmelze durch ein an der Heizkammer angeschlossenes Gefäß,
- Zuführen von Wärme in die durch das Gefäß strömende Schmelze mit einem Induktor,
- Abführen der Rauchgase aus der Schmelzkammer und der Heizkammer,
- Zuführen der Rauchgase in eine thermische Nachverbrennungsanlage und
- Ableiten der in der thermischen Nachverbrennungsanlage verbrannten Rauchgase.
Die Erfindung hat erkannt, dass der Wirkungsgrad eines Induktors gesteigert werden kann, indem die Schmelze, die von dem Induktor erwärmt wird, mit Hilfe einer Fördereinrichtung bewegt wird. Die Fördereinrichtung fördert die zu erwärmende Schmelze durch das Gefäß am Induktor vorbei, so dass kontinuierlich neue Schmelze den Induktor passiert Die vom Induktor erwärmte Schmelze wird dementsprechend schnell durch das Gefäß vom Induktor weggeleitet, so dass neue, vergleichsweise kalte Schmelze in das Wirkungsfeld des Induktors gelangen kann.
Eine erfindungsgemäße induktive Erwärmung erlaubt es zudem, die Form der Heizkammer ohne Effizienzeinbußen so zu gestalten, dass sich nur eine vergleichsweise kleine Oberfläche auf der Schmelze bildet. Da die Wärme bei der induktiven Erwärmung nicht über die Oberfläche der Schmelze in das Material eingetragen wird sondern vielmehr selbst im Material entsteht, ist es nicht mehr notwendig, die Heizkammer so zu gestalten, dass sich eine große Schmelzoberfläche bilden kann. Bei reduzierter Schmelzoberfläche verringern sich die Oxid- und damit auch die unerwünschte Krätzebildung. Im besten Fall kann eine Oxidbildung komplett verhindert werden, so dass eine Abtragung der Krätze auf der Oberfläche der Schmelze nicht mehr notwendig ist.
Das Gefäß, in dem die Schmelze erwärmt wird, kann dabei als Rinne ausgebildet sein, wobei ein Ende der Rinne als Einlassabschnitt und das andere Ende als Auslassabschnitt dient. In den Einlassabschnitt tritt vergleichsweise kalte Schmelze in die Rinne ein, wohingegen die erwärmte Schmelze im Auslassabschnitt die Rinne verlässt Die Fördereinrichtung unterstützt das Ein- und Ausströmen der Schmelze über den Einlass- bzw. Auslassabschnitt. Die Rinne ist dabei so angeordnet, dass sie zumindest teilweise um wenigstens eine Induktionsspule des wenigstens einen Induktors verläuft. Die Ausbildung des Gefäßes als Rinne, die um den Induktor herumverläuft, entspricht also im Wesentlichen dem Aufbau eines herkömmlichen Rinneninduktors. Die Fördereinrichtung bewirkt, dass die Schmelze schneller als bei herkömmlichen Rinneninduktoren durch die Rinne strömt Durch Erzeugung dieser Strömung kann der Wirkungsgrad des Induktors gesteigert werden.
Die Rinne kann im Vertikalschnitt längs durch die Rinne gesehen einen halbkreisförmigen, U-förmigen, V-förmigen, W-förmigen oder halbrechteckförmigen Verlauf aufweisen. Weitere, für den jeweiligen Anwendungszweck geeignete Formen sind ebenfalls denkbar. Der Induktor ist dabei immer so angeordnet, dass die Rinne zumindest teilweise um die Induktionsspule herum verläuft. Beispielsweise ist der Induktor bei einer U-förmig verlaufenden Rinne zwischen den vertikal verlaufenden Rinnenabschnitten des „U"s angeordnet. Bei einer W-förmig ausgebildeten Rinne können zwei Induktionsspulen zwischen den einzelnen, gegenüberliegenden Rinnenabschnitten platziert werden.
Im Querschnitt kann die Rinne ein geschlossenes Profil aufweisen. Das Profil kann beispielsweise kreisförmig, oval oder quadratisch ausgebildet sein. Bei einem geschlossenen Profil kommt die Schmelze nicht in Kontakt mit der Umgebungsluft. Dies kann sich vorteilhaft auf unerwünschte Wärmeverluste und eine zu vermeidende Krätzebildung auf der Oberfläche der Schmelze auswirken.
Alternativ kann das Profil der Rinne im Querschnitt gesehen offen ausgebildet sein. Die Rinne kann in dieser Ausgestaltungsvariante ein U-förmiges oder halbkreisförmiges Profil aufweisen. Andere Profile sind ebenfalls denkbar. Bei dieser Variante ist es von Vorteil, dass der Zustand der Schmelze von außen optisch begutachtet werden kann.
Anstatt die Vorrichtung zur induktiven Erwärmung der Schmelze in Form eines Rinneninduktors auszubilden, kann das Gefäß als Tiegel ausgestaltet sein. Der Tiegel weist dabei auch einen Einlass- und einen Auslassabschnitt auf, durch die die Schmelze mittels der Fördereinrichtung hindurch gefördert wird. Die Schmelze kann beispielsweise durch eine obere Öffnung am Tiegel in den Tiegel hineintreten und den Tiegel durch eine in der Nähe des Tiegelbodens angeordnete Öffnung wieder verlassen. Um den Tiegel herum verläuft die Induktionsspule derart wie es von herkömmlichen Tiegelinduktoren bereits bekannt ist. Der Tiegel kann sowohl als oben offenes Gefäß als auch als komplett geschlossenes Gefäß ausgebildet sein. Im letzteren Fall kann der Tiegel auch liegend angeordnet sein.
Ist der Tiegel oben offen ausgebildet, kann der Tiegel nicht nur zur Erwärmung der Schmelze, sondern auch als Chargierherd zur Beschickung mit kleinstückigem Schrott wie Späne, Besäum- oder Stanzschrott genutzt werden. Um den Tiegel an einen Ofen oder desgleichen anzuschließen, kann die Vorrichtung Rinnen umfassen, durch die die Schmelze vom Ofen in den Tiegel und vom Tiegel zurück in den Ofen fließen kann.
Besonders bevorzugt ist die Fördereinrichtung, die die Schmelze durch das Gefäß am Induktor vorbei fördert, als elektromagnetische Pumpe ausgebildet Alternativ kann auch eine mechanische Pumpe für diese Aufgabe eingesetzt werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Mehrkammerschmelzofen zum Schmelzen von Schrott aus Metall, insbesondere Aluminiumschrott, erfolgt der Eintrag von Wärme in die Schmelzkammer mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung kann entweder bei einem neuen Ofen vorgesehen werden oder aber im Rahmen einer Nachrüstung nachträglich an einem bereits im Einsatz befindlichen Mehrkammerschmelzofen installiert werden. Zur Nachrüstung können die üblicherweise in der Heizkammer vorhandenen Gasbrenner mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze ausgetauscht werden.
Bei einem neuen Mehrkammerschmelzofen, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze ausgestattet ist, kann der Ofen so ausgelegt werden, dass die Oberfläche der sich im Betrieb im Ofen befindlichen Schmelze im Vergleich zu herkömmlichen Mehrkammerschmelzöfen reduziert ist. Die einzelnen Kammern, im Besonderen die Heizkammer, können folglich so konstruiert werden, dass das Verhältnis von Höhe zu Grundfläche deutlich größer ist als bei Mehrkammerschmelzöfen, bei denen der Schmelze die Wärme zu einem großen Teil mit Brennern zugeführt wird. Wie voranstehend erläutert, erfolgt zumindest ein Großteil der Wärmezufuhr bei einem erfindungsgemäßen Mehrkammerschmelzofen über eine Vorrichtung zur induktiven Erwärmung. Bei einem derartigen Ofen erfolgt der Wärmeeintrag nicht über die sich auf der Schmelze bildende Oberfläche, sondern vielmehr über in der Schmelze induzierte Wirbelströme. Im Gegensatz zu Mehrkammerschmelzöfen, bei denen die Schmelze maßgeblich mit Hilfe von Brennern erwärmt wird, ist die Größe der sich auf der Schmelze bildenden Oberfläche für den Wärmeintrag nicht relevant. Durch Reduktion der Schmelzoberfläche kann die Krätzebildung reduziert werden, was wiederum zu einer Reduktion des Verlusts von metallischer Schmelze führt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad des gesamten Mehrkammerschmelzofens aus.
Ein erfindungsgemäßer Mehrkammerschmelzofen weist in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wenigstens einen Brenner in der Schmelzkammer zur Verbrennung potenziell am Schrott vorhandener Verunreinigungen auf. Mehrkammerschmelzöfen werden typischerweise zum Recycling von Aluminium verwendet. Gängige Produkte, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt werden, sind zum Beispiel Getränkedosen, Fensterrahmen oder Fahrzeugteile wie Felgen. Für das Recycling von Aluminium wird nur ein Bruchteil der Energie benötigt, die es bedarf, um Primäraluminium aus Bauxit herzustellen. Im Regelfall ist es daher wirtschaftlich, aus alten Produkten neues Aluminium herzustellen, welches wiederum zu neuen Produkten weiterverarbeitet werden kann. Die alten Produkte, die am Ende ihres Lebenszyklus angekommen und als Aluminiumschrott für ein Recycling verfügbar sind, weisen in der Regel Verunreinigungen wie Lacke oder Öle auf. Ein Brenner in der Schmelzkammer kann die am Aluminiumschrot vorhandenen Verunreinigungen verbrennen, so dass diese als Rauchgas aus der Schmelzkammer abgeführt werden können und nicht in die Heizkammer gelangen.
Besonders bevorzugt ist wenigstens ein zusätzlicher Brenner zum Anfahren des Mehrkammerschmelzofens in der Heizkammer angeordnet. Im laufenden Betrieb befindet sich stets Metallschmelze, die als sogenannter Sumpf bezeichnet wird, am Boden der Schmelz- und Heizkammer, so dass das Gefäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Erwärmung der Schmelze immer mit Hilfe der Fördereinrichtung durchströmt werden kann. Beim Anfahren eines Mehrkammerschmelzofens wird Blockmaterial zur Herstellung dieses Sumpfes in die Heizkammer eingebracht. Das Blockmaterial kann mit Hilfe dem in der Heizkammer angeordneten Brenner verflüssigt werden, so dass der Sumpf entsteht und das Gefäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Erwärmung der Schmelze durchströmt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektromagnetische und/oder mechanische Pumpe für den Umlauf der Schmelze zwischen den Kammern vorgesehen. Eine Pumpe kann den Austausch von Schmelze zwischen Heiz- und Schmelzkammer unterstützen.
Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist eine thermische Nachverbrennungsanlage zur Verbrennung der in der Schmelz- und Heizkammer entstehenden Rauchgase vorgesehen. Die Rauchgase, die bei Verbrennung der am Aluminiumschrott vorhandenen Verunreinigungen oder beim Anfahren mit Hilfe eines Brenners entstehen, sind in der Regel giftig und können nicht ohne weiteres in die Umgebung abgeleitet werden. In der Nachverbrennungsanlage werden diese Rauchgase gereinigt.
Die in der thermischen Nachverbrennungsanlage entstehende Wärme wird vorteilhafterweise mit einer Rückführeinrichtung in die Schmelzkammer geführt Diese Wärmerückgewinnung steigert die Energieeffizienz des Mehrkammerschmelzofens und leistet damit einen weiteren Beitrag zur Reduktion von CO2-Emissionen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rauchgasfilteranlage hinter der thermischen Nachverbrennungsanlage angeordnet. Die aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretenden Gase können dort weiter gereinigt und anschließend ins Freie abgeleitet werden. So kann der Mehrkammerschmelzofen auch strenge Luftreinhaltungsvorschriften einhalten. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird dementsprechend besonders bevorzugt die in der thermischen Nachverbrennungsanlage entstehende Wärme der Schmelzkammer zugeführt.
Schließlich sieht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die in der Heiz- und Schmelzkammer sowie in der thermischen Nachverbrennungsanlage entstehenden Rauchgase in einer Rauchgasfilteranlage gereinigt werden, bevor sie ins Freie abgeleitet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen schematisch
Fig. 1a einen erfindungsgemäßen Mehrkammerschmelzofen mit einem Rinneninduktor zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze im Vertikalschnitt durch die Längsachse des Ofens,
Fig. 1b den Mehrkammerschmelzofen aus Fig. 1a im Horizontalschnitt,
Fig. 2 den Mehrkammerschmelzofen aus Fig. 1a mit weiteren Komponenten und
Fig. 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrkammerschmelzofens mit einem Tiegelinduktor zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze im Horizontalschnitt.
In Fig. 1a ist ein erfindungsgemäßer Mehrkammerschmelzofen 1 im Vertikalschnitt durch die Längsachse des Ofens 1 dargestellt. Ein derartiger
Mehrkammerschmelzofen 1 eignet sich zur Herstellung von Sekundäraluminium aus Aluminiumschrott. Dabei kann sowohl sauberer als mit Verunreinigungen kontaminierter Aluminiumschrott verarbeitet werden. Die Aufbereitung anderer Metalle ist ebenfalls möglich. Der Mehrkammerschmelzofen 1 weist eine Schmelzkammer 2 und eine neben der Schmelzkammer 2 angeordnete Heizkammer 3 auf. Zwischen der Schmelzkammer 2 und der Heizkammer 3 verläuft eine vertikal ausgerichtete Ofenwand 4. Die Schmelzkammer 2 und die Heizkammer 3 weisen eine wannenförmige, gemeinsame Ofensohle 5 auf, die im Betrieb das Schmelzbad S aufnimmt. Die Schmelzkammer 2 und die Heizkammer 3 sind über eine an der Ofensohle 5 des Ofens 1 angeordnete Öffnung 6 fluidverbunden, so dass eine Wärme- und Stoffübertragung zwischen den Kammern 2 und 3 möglich ist. Eine in der Fig. 1a nicht dargestellte Pumpe kann die Wärme- und Stoffübertragung zwischen den Kammern 2 und 3 unterstützen. Die Ofenkammern 2 und 3 sind an sich bekannter Weise aus einem feuerfesten Material gebildet
In der Heizkammer 3 wird die zum Schmelzen erforderliche Wärme zumindest zu einem großen Teil eingebracht. Das Schmelzbad S wird dort permanent erwärmt, um die erforderliche Schmelzenergie für den in der Schmelzkammer 2 in das
Schmelzbad S eintauchenden Aluminiumschrott zu erzeugen. Für die Wärmezufuhr ist unterhalb der Heizkammer 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur induktiven Erwärmung der Schmelze S angeordnet. In dem in Fig. 1a dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als Rinneninduktor 7 ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur induktiven Erwärmung der Schmelze S umfasst eine U-förmig verlaufende Rinne 8, die einen Einlassabschnitt 9 und einen Auslassabschnitt 10 aufweist. Im Betrieb strömt die vergleichsweise kalte Schmelze S aus der Heizkammer 3 über den Einlassabschnitt 9 in die Rinne 8 ein und wird dort erwärmt. Die erwärmte Schmelze S verlässt die Rinne 8 wieder über den Auslassabschnitt 10 und gelangt so zurück in die Heizkammer 3. Die Flussrichtung der Schmelze S in der Rinne 8 ist mit nicht näher gekennzeichneten Pfeilen in Fig. 1a dargestellt. Die Rinne 8 weist in diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt ein geschlossenes Profil auf. Eine Induktionsspule 11 ist außerhalb der Rinne 8 zwischen den beiden vertikal verlaufenden, gegenüberliegenden Abschnitten der Rinne 8 angeordnet, so dass die Rinne 8 um die Induktionsspule 11 herumverläuft. Der Transformatorkern 12 bildet einen Ring um die Rinne 8.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine elektromagnetische Pumpe 13, die die Schmelze S durch die Rinne 8 pumpt. Indem die Schmelze S durch die Rinne 8 gefördert wird, kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung zur induktiven Erwärmung gesteigert werden.
Die Beschickung des Mehrkammerschmelzofens 1 mit verunreinigtem Aluminiumschrott erfolgt über eine in der Schmelzkammer 2 angeordnete Rampe 14. Der Schrott wird auf der Rampe 14 erwärmt, so dass die am Schrott eventuell vorhandenen Verunreinigen wie Lacke oder Öle vergast werden. Mit Hilfe von in der Schmelzkammer 2 angeordneten Brennern 15 werden diese Verunreinigungen verbrannt. Anschließend wird der gereinigte Schrott in die Schmelze S gegeben, wo er während des Schmelzvorgangs durch seine Gewichtskraft auf die Ofensohle 5 sinkt. Dort kann der geschmolzene Schrott über die Öffnung 6 in die Heizkammer 3 gelangen. In der Heizkammer 3 befindet sich nur Schmelze S, die keine Verunreinigungen mehr aufweist. Die Schmelze S kann an einem nicht näher dargestellten, in der Heizkammer 3 angeordneten Ausguss entnommen werden.
Zum Schmelzen von sauberem Aluminiumschrott oder zum Anfahren des Mehrkammerschmelzofens 1 mit Blockmaterial kann der Ofen 1 über einen in der Heizkammer 3 angeordneten Zugang 16 beschickt werden. Während des Anfahrens wird in der Regel das in Form von Blockmaterial bereitgestellte Aluminium mit einem in der Heizkammer 3 angeordneten Brenner 17 erwärmt, so dass ein ausreichend hoher Sumpf an der Ofensohle 5 entsteht. Durch Nutzung der Brenner 15, 17 entstehen in der Schmelzkammer 2 und der Heizkammer 3 Rauchgase, die über an der Oberseite des Ofens 1 angeordnete Öffnungen 18, 19 abgeführt werden können.
In Fig. lb ist der Mehrkammerschmelzofen 1 aus Fig. 1a im Horizontalschnitt dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass ein Chargierherd 20 außerhalb der Schmelzkammer 2 und der Heizkammer 3 angeordnet ist. Die Beschickung mit kleinstückigem Aluminiumschrott wie Späne, Besäum- oder Stanzschrott kann über diesen Chargierherd 20 erfolgen. Der Chargierherd 20 wird über eine erste Rinne 21 mit Schmelze S aus der Heizkammer 3 versorgt Über eine zweite Rinne 22, die den Chargierherd 20 mit der Schmelzkammer 2 verbindet, fließt die mit dem kleinstückigen Schrott vermischte Schmelze S in die Schmelzkammer 2. Die Flussrichtung der Schmelze S ist mit nicht näher gekennzeichneten Pfeilen dargestellt.
Eine an der Rinne 22 angeordnete elektromagnetische Pumpe 23 pumpt Schmelze S aus der Heizkammer 3 in den Chargierherd 20 und von dort in die Schmelzkammer 2.
In Fig. 2 ist der Mehrkammerschmelzofen 1 aus Fig. 1a mit weiteren Komponenten zu sehen. Die in der Schmelzkammer 2 und der Heizkammer 3 entstehenden Rauchgase werden abgesaugt, zu einer thermischen Nachverbrennungsanlage 24 geführt und dort gereinigt. Die in der Nachverbrennungsanlage 24 entstehende Wärme wird über ein Rückführsystem der Schmelzkammer 2 zugeführt. Hierdurch kann die Energieeffizienz des Mehrkammerschmelzofens 1 weiter gesteigert werden. Das aus der Nachverbrennungsanlage 24 austretende Gas wird einer Rauchgasfilteranlage 25 zugeführt. Dort wird das Gas weiter gereinigt, bevor es ins Freie abgeleitet wird.
In Fig. 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrkammerschmelzofens 1' mit einem Tiegelinduktor 26 zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze S im Horizontalschnitt dargestellt. Im Gegensatz zu der in den Figuren 1a, 1b und 2 beschriebenen Ausgestaltungsvariante erfolgt die Wärmezufuhr in diesem Ausführungsbeispiel in dem Tiegelinduktor 26. Alle anderen Komponenten entsprechen denen des in den Figuren 1a, 1b und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels und tragen insofern die gleichen Bezugszeichen.
In den Tiegel 27 wird über eine Rinne 28 Schmelze S aus der Heizkammer 3 von oben eingespeist. Der Einlassabschnitt 9 befindet sich am oberen Rand des Tiegels 27.
Nachdem die Schmelze S in dem Tiegelinduktor 26 erwärmt wurde, verlässt sie diesen wieder über den Auslassabschnitt 10 und wird über eine untere Rinne 29 der Schmelzkammer 2 zugeführt. Der Auslassabschnitt 10 befindet sich in der Nähe des Tiegelbodens. Eine an der Rinne 28 angeordnete elektromagnetische Pumpe 13 pumpt die Schmelze S von der Heizkammer 3 in den Tiegel 26 und von dort über die Rinne 29 in die Schmelzkammer 2. Die Flussrichtung der Schmelze S entspricht der Richtung der nicht näher gekennzeichneten Pfeile.
Um den Tiegel 27 herum verläuft wie bei herkömmlichen Tiegelinduktoren eine Induktionsspule 11, durch die im Betrieb ein Wechselstrom geleitet wird.
Der Tiegel 27 kann nicht nur zur Wärmezufuhr genutzt werden. Vielmehr eignet er sich auch als Chargierherd, um den Mehrkammerschmelzofen 1 mit kleinstückigem Schrott zu beschicken.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur induktiven Erwärmung einer Metallschmelze (S) , mit wenigstens einem aus einem feuerfesten Material gebildeten Gefäß (8, 27), wobei das Gefäß (8, 27) einen Einlassabschnitt (9) und einen Auslassabschnitt (10) zum Ein- und Ausströmen der Metallschmelze (S) in und aus dem Gefäß (8, 27) aufweist und wobei wenigstens ein außerhalb des Gefäßes (8, 27) angeordneter Induktor zur Erwärmung der in dem Gefäß (8, 27) befindlichen Metallschmelze (S) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Fördereinrichtung (13) zum Fördern der Metallschmelze (S) durch das Gefäß (8, 27) umfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß als Rinne (8) ausgebildet ist, dass ein Ende der Rinne (8) als Einlassabschnitt (9) und das andere Ende als Auslassabschnitt (10) dient und dass die Rinne (8) zumindest teilweise um wenigstens eine Induktionsspule (11) des wenigstens einen Induktors verläuft.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (8) im Vertikalschnitt längs durch die Rinne (8) einen halbkreisförmigen, U-förmigen, V-förmigen, W-förmigen oder halbrechteckförmigen Verlauf aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (8) im Querschnitt ein geschlossenes Profil aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (8) im Querschnitt ein offenes Profil aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß als Tiegel (27) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine Induktionsspule (11) des wenigstens einen Induktors um den Tiegel (27) herum angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung als elektromagnetische Pumpe (13) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung als mechanische Pumpe ausgebildet ist
9. Mehrkammerschmelzofen zum Schmelzen von Schrott aus Metall, insbesondere Aluminiumschrott, aufweisend wenigstens eine Schmelzkammer (2) für Beschickungsgut, in der Verunreinigungen am Beschickungsgut entfernbar sind, wenigstens eine Heizkammer (3), die mit der wenigstens einen Schmelzkammer (2) verbunden ist und wenigstens eine Einrichtung zur Wärmezufuhr (7, 26) aufweist, wenigstens eine trockene Rampe (14, 16) und/oder wenigstens einen geschlossenen Vorherd und/oder wenigstens einen Chargierherd (20) zur Beschickung des Mehrkammerschmelzofens (1, 1') mit dem Schrott, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Wärmezufuhr (7, 26) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
10. Mehrkammerschmelzofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Brenner (15) in der Schmelzkammer (2) zur Verbrennung von potenziell am Schrott vorhandenen Verunreinigungen angeordnet ist.
11. Mehrkammerschmelzofen nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Brenner (17) in der Heizkammer (3) zum Anfahren des Mehrkammerschmelzofens (1, 1') angeordnet ist.
12. Mehrkammerschmelzofen nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektromagnetische und/oder mechanische Pumpe für den Umlauf der Schmelze (S) zwischen den Kammern (2, 3) vorgesehen ist
13. Mehrkammerschmelzofen nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Nachverbrennungsanlage (24) zur Verbrennung der in der Schmelz- und Heizkammer (2, 3) entstehenden Rauchgase vorgesehen ist.
14. Mehrkammerschmelzofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführeinrichtung zur Rückführung der in der thermischen Nachverbrennungsanlage (24) entstehenden Wärme in die Schmelzkammer (2) vorgesehen ist.
15. Mehrkammerschmelzofen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rauchgasfilteranlage (25) hinter der thermischen Nachverbrennungsanlage (24) angeordnet ist.
16. Verfahren zum Schmelzen von Schrott aus Metall, insbesondere
Aluminiumschrott, mit einem Mehrkammerschmelzofen (1, 1‘) nach einem der
Ansprüche 9 bis 15, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Schritte:
- Bereitstellen von Schrott aus Metall, insbesondere Aluminiumschrott, in Form von Schrottpaketen, losem Leichtschrott und/oder kleinstückigem Schrott,
- Beschickung des Schrottes über eine trockene Rampe (14, 16), einen Vorherd und/oder einen Chargierherd (20) in eine Schmelzkammer (2),
- ggf. Entfernen und Verbrennen der am Schrott vorhandenen Verunreinigungen,
- Schmelzen des Schrottes in der Schmelzkammer (2),
- Pumpen der Schmelze (S) in eine Heizkammer (3),
- Pumpen der Schmelze (S) durch ein an der Heizkammer (3) angeschlossenes Gefäß (8, 27),
- Zuführen von Wärme in die durch das Gefäß (8, 27) strömende Schmelze (S) mit einem Induktor,
Abführen der Rauchgase aus der Schmelzkammer (2) und der Heizkammer (3),
Zuführen der Rauchgase in eine thermische Nachverbrennungsanlage (24) und
Ableiten der in der thermischen Nachverbrennungsanlage (24) verbrannten Rauchgase.
17. Verfahren zum Schmelzen von Schrott aus Metall nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die in der thermischen Nachverbrennungsanlage (24) entstehende Wärme der Schmelzkammer (2) zugeführt wird.
18. Verfahren zum Schmelzen von Schrott aus Metall nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Heiz- und Schmelzkammer (2, 3) sowie in der thermischen Nachverbrennungsanlage (24) entstehenden Rauchgase in einer
Rauchgasfilteranlage (25) gereinigt werden, bevor sie ins Freie abgeleitet werden.
PCT/EP2022/071221 2021-08-12 2022-07-28 Vorrichtung zur induktiven erwärmung einer metallschmelze, mehrkammerschmelzofen zum schmelzen von schrott aus metall und verfahren zum schmelzen von schrott aus metall WO2023016820A1 (de)

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