WO2023020746A1 - Verfahren zur abfallfreien herstellung von dämmstoffprodukten aus mineralwolle - Google Patents

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WO2023020746A1
WO2023020746A1 PCT/EP2022/069265 EP2022069265W WO2023020746A1 WO 2023020746 A1 WO2023020746 A1 WO 2023020746A1 EP 2022069265 W EP2022069265 W EP 2022069265W WO 2023020746 A1 WO2023020746 A1 WO 2023020746A1
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production
melting furnace
waste
inductively heated
mineral
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PCT/EP2022/069265
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Victor BARTASHOV
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Ibe Anlagentechnik Gmbh
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B3/00—Charging the melting furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/021—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by induction heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
    • C03C13/06—Mineral fibres, e.g. slag wool, mineral wool, rock wool

Definitions

  • the invention relates to an economically advantageous, environmentally friendly and resource-saving process for the production of insulating products from mineral wool, in which, in a production area (A), the melt is produced in a cupola furnace, in an electric arc furnace or in a gas-fired melting furnace (1), defibrated and formed into a mineral wool product is processed.
  • a production area (B) in which the granular and fibrous production waste from both production areas is melted in an inductively heated melting furnace and processed into a mineral wool product results in waste-free production. There is no briquetting or dumping of the waste. It is not necessary to add waste to the fibers already produced in a way that reduces quality.
  • Both production areas advantageously have coherent production planning and control and a common infrastructure, including power and media supply, automation, logistics, raw material processing, processing of production waste, binding agent processing, packaging, picking and maintenance and repair facilities.
  • raw materials from broken effusion stones such as basalt or diabase and small amounts of limestone, dolomite and magnesite are melted as supplementary materials and fed to a defibration device, which produces mineral wool fibers.
  • fiberization is carried out using centrifuges.
  • a centrifuge has three or four driven wheels arranged in cascade. Along the circumference of the wheels there are slots in the housing through which air is blown at high pressure. The melt emerging from the furnace is directed onto the upper centrifugal wheel. Due to the centrifugal force, part of the material is transformed into fibers and carried away by the air flow. The remaining, non-formed part is passed on to the next wheel, where the process is repeated.
  • the heavy melt beads, coarse fibers and fibrous structures that are not entrained by the air flow and make up 10 - 20% of the melt used collect below the centrifuge.
  • defibration takes place in a blowing nozzle under the influence of a blown-in air stream.
  • the aforementioned waste is produced on a comparable scale.
  • the binder is sprayed into the air-fiber stream coming from the defibration device, at the latest at the fiber-collecting element. Some of this binder is trapped by the fibers; another part is discharged with the exhaust air, and a certain remainder is deposited on the walls of the plant and has to be removed and disposed of at regular intervals.
  • the air flow with the fibers and the binder is directed onto a gas-permeable fiber collecting element in the form of a perforated drum or a perforated endless belt.
  • the binder-impregnated primary fleece that builds up on the fiber-collecting element loses its air permeability with increasing thickness and must therefore be transported away from the fiber-collecting element with a thickness of just a few centimeters.
  • the binder-impregnated fibers entrained with the exhaust air from the fiber collection device are separated in a washer.
  • the insulation products are laminated with aluminum foil, depending on the product range.
  • the cured strand is laminated in a laminating machine, which follows the curing oven.
  • waste can be named during the manufacture of insulation products from mineral fibers: slag, molten beads, coarse fibres, wet fibres, edge sections of insulation boards, offcuts, defective material, unbound fibers and dust from extraction, aluminum foil from the lamination and set binder. Also worth mentioning is the small fraction that occurs during internal processing and when transporting the mineral input materials. In trouble-free operation, the proportion of waste mentioned corresponds to a considerable 15-25% of the raw materials used, which cannot be further reduced with the known state of the art.
  • the fibrous waste can be blown into the newly produced fibers during or immediately after the defibration, optionally after comminution.
  • US Pat. No. 5,232,638 describes a centrifuge used for defibration, in which a continuous pipe is introduced into the drive shaft of at least one centrifugal wheel, the outlet of which is arranged inside the centrifugal wheel. Through this outlet a mixture of water, ground fibers, binder and occasionally clay is sprayed into the space where the fibers are formed and wetted with the binder.
  • the proportion of ground fibers in the mixture is about 50%, and about 50% of the ground fibers should be no longer than 0.5 mm.
  • the disadvantage of this method is that such short fibers have the harmful properties of dust in the fiber matrix: they increase the thermal conductivity of the insulation product and reduce its strength for a comparable amount of binder used. Understandably, there is therefore no information on the proportion of ground fibers in the end product.
  • US Pat. No. 5,123,949 and EP 0530843 A1 propose blowing the waste into the air flow with the primary fibers, which is directed towards the air-permeable fiber collecting element.
  • the maximum possible proportion of waste is estimated at 40%, with the need reaching up to 70%. This means that only a certain part of the waste can be recycled with this process, because otherwise the quality of the end product would be impaired too much.
  • EP 2574693 A1 a further embodiment of this method provides for airgel to be added to the comminuted fibrous waste.
  • EP 3323924 A1 proposes mixing the ground waste with a liquid organic binder and producing two strands with a predetermined thickness and density by shaping and compression. In a further process step, the top and bottom of the binder-impregnated secondary fleece are each connected to one of these strands. This is followed by curing in a continuous oven. In addition to recycling the waste, insulating panels with adjustable mechanical properties can be produced.
  • the cupola furnace is a shaft furnace that is filled from above with coke as fuel, the mineral starting material and the additives. Preheated combustion air is blown into the lower part of the furnace. The temperature in the cupola furnace can be increased by introducing pure oxygen or air enriched with oxygen. The resulting mineral melt collects at the bottom of the furnace and is drawn off through a siphon. The liquid iron, which is produced by reducing the iron oxide contained in the basalt, is drained through a separate opening. Gas-fired furnaces, in which natural gas or mineral oil are used as energy carriers, have a similar construction.
  • the flue gases from the cupola furnace must be fed to a CO post-combustion system. Filters separate the entrained dust particles.
  • the state of the art is to mix the production waste from mineral wool with cement and water, to produce larger shaped blocks (also called briquettes and pellets) from it and to put these into the cupola furnace after a hardening time of at least 48 hours.
  • WO 92/04289 addition of blast furnace slag and an alkaline additive in the form of calcium oxide or calcium hydroxide
  • WO 97/22563 addition of alumina
  • WO 2005/073139 A2 addition of used blasting media
  • WO 2006/015647 Al addition of dried sewage sludge
  • US 2014/0159272 Al addition of broken clay bricks
  • DE 102015120721 Al addition of surfactants and organic plasticizers.
  • a process for recycling production waste called PAROC-WIM has been developed by Paroc Group OY AB (LIFE02 ENV/FIN/000328). It consists of crushing the production waste to a particle size of less than 10 mm and blowing it into the cupola furnace via the oxygen lances.
  • a pilot plant has demonstrated that at least the waste produced by the defibration device, ie a comparatively coarse-grained material, can be completely recycled in this way. It has also been demonstrated that up to 10% of the feedstock by mass of the final mineral wool product, may consist of blown-in shredded production waste.
  • the advantage of this process is the reduction in SCh emissions, which is all the more significant given the approximately 50% increase in values when the waste is added in the form of shaped stones.
  • WO 2013/083464 A1 proposes a cyclone melting furnace with three additional cyclones for waste gas treatment, which can also melt fly ash from external sources in addition to production waste.
  • a disadvantage of this furnace is that the three additional cyclones and associated piping must be lined with refractory material.
  • the realistic proportion of waste from mineral wool in the feed material is given as 20%, which, according to the facts already presented, is not enough to enable waste-free production.
  • EP 0389314 A1, WO 2006/018582 A1 and US 2008/0256981 A1 propose introducing pure oxygen or oxygen-enriched air, the oxygen content of which is at least 40% by volume, into a brick-lined furnace via floor nozzles in order to convert production waste into a melt .
  • the required heat is provided by burning the organic binder contained in the waste and by burning supplied gaseous fuel.
  • Such a furnace is the high cost of pure oxygen, which must be used in excess of the stoichiometric amount.
  • no advantageous solution is described for preventing the discharge of fibers from the furnace with the exhaust gases.
  • induction furnace designed as a continuous furnace, it is possible to heat and liquefy the feed material very quickly, i.e. within a few minutes. In this case, the volatile components, especially the heavy metals, practically do not evaporate. This is a significant advantage of the induction furnace when rendering filter dust containing heavy metals inert by glazing. In the conventional tanks of large glass furnaces, the residence times are several hours. The heavy metals that inevitably evaporate must be filtered out of the exhaust gases in an additional stage and sent for disposal or recycling.
  • WO 93/18868 describes a method for inerting by vitrification, in which melting takes place in an inductively heated tank furnace. Due to the long residence time of the melted material in the furnace, the return of the dust containing heavy metals is a complex part of this process in terms of plant engineering.
  • CH 680656 A5 shows an example of how inductive heating can be used advantageously for inerting through vitrification, in that the melted material liquefies within a very short time in the inductively heated continuous furnace and solidifies very quickly in a cooling or quenching device after exiting the furnace becomes. Accordingly, the crucible made of electrically conductive material has a very simple, unspecified shape. In order to increase the input of energy, an additional electric direct or indirect resistance heating and in a further version an additional gas or oil heating is provided.
  • WO 2019/094536 A1 describes a melting furnace for producing a melt for the production of mineral wool, which can process mineral wool waste and melt beads.
  • the furnace is heated with plasma, natural gas or electricity. Additional energy can be supplied by an induction coil by heating liquid metal which is in a trough forming the lower part of the furnace.
  • a continuous melting operation of such a furnace with exclusively inductive heating is not possible because the heat flow from the metal melt to the glass melt and in particular from the glass melt to the input material is too low.
  • a suitable method the heat transfer from the mineral melt to the fibrous floating on it Increasing the input material to the level required for the production of mineral wool is inconceivable.
  • CN 106892550 A describes an induction furnace for producing a melt for subsequent defibration, in which the mineral charge material is heated in a metallic cylinder which is housed in a ceramic crucible.
  • the two outlets for the reduced iron and the mineral melt are arranged on the side.
  • the required dimensioning of these outlets taking into account the large amount of radiant heat, means that the winding of the induction coil can only be distributed unevenly over the height of the metallic cylinder.
  • the side outlets are an obstacle when replacing the ceramic crucible.
  • the melting furnace provides a melt that is homogeneous in terms of chemical composition, viscosity and crystallization behavior. For this it is necessary to heat the melt in the furnace for a certain period of time to a temperature of approx. 1700 - 1750 °C, at which the high-melting phases are definitely liquefied.
  • the temperature of the melt After mixing and homogenization of the completely melted mineral feedstock, it is advantageous to lower the temperature of the melt to temperatures in the range of 1420 - 1480 °C, at which the yield of fibers produced at the defibration device is highest, the proportion of long fibers is greatest and the proportion of waste in the form of slag and molten beads is the lowest.
  • US Pat. No. 4,174,462 A shows how a temperature profile of the mineral melt can be adjusted in a targeted manner in an inductively heated furnace along the path from the upper feed opening to the lower outlet opening.
  • Round graphite plates which are provided with bores, channels and recesses, are arranged in a hollow cylinder made of graphite that is heated with several successive induction coils.
  • the number and arrangement of these plates each of which has its own design with the bores, channels and recesses, can influence the heat dissipation to the melted material at the different height sections and thus also the temperature of the melt.
  • the plates cause the melt to be thoroughly mixed, thereby achieving its homogeneity.
  • AT 516735 B1 describes an inductively heated furnace for producing a melt in the production of mineral wool fibers, which consists of two chambers that can be heated independently of one another and are connected to one another by at least one channel.
  • the graphite susceptor which consists of mechanically machined parts, gives the melt a non-linear path, which means that the temperature profile of the melt in the furnace over time can be influenced.
  • a further configuration of the susceptor allows the molten iron produced by reducing reactions to be transported away through a separate outlet opening on the bottom of the furnace, as described in AT 519230 B1.
  • the inductively heated susceptor has at least two channels which connect the upper feed opening and the lower outlet opening.
  • the resulting melt flows through several vertical channels, which have a cross-sectional constriction at the lower end.
  • the melt heats up to approx. 1500 °C.
  • the horizontal structures of the susceptor force the melt to move radially, it is heated to temperatures between 1700 and 1750 °C, which also liquefies the refractory components of the charge material and mixes them with the rest of the melt to form a homogeneous phase.
  • the melt then collects in a chamber surrounded by the horizontal structures of the susceptor, where it can cool down to temperatures of 1420 - 1480 °C, which are optimal for defibration of the melt after it exits the furnace.
  • the susceptor which is preferably made of graphite, is provided with vertical slots on the side facing the furnace wall, as described in AT 521245 A4, the area of inductive heating can be shifted inwards, to an area further away from the inductor surrounding the furnace wall, with which the material to be melted is in contact.
  • the energy input over the height of the furnace can be influenced in the desired manner with the arrangement and dimensions of the slots.
  • an inductively heated continuous furnace with a susceptor which is provided with channels, can only be charged with mineral charge material up to a certain grain size, typically 12 mm.
  • This requirement means that in such a furnace not only crushed basalt and dolomite, but also waste from the production of insulating materials such as beads, cuttings, fibers and dust can be melted in any proportion.
  • waste in the form of slag, melt beads, coarse fibers and fiber aggregates during defibration of the melt in a centrifuge or with the nozzle blowing process.
  • Other waste collects in the form of loose fibres, cuttings, dust, possibly aluminum foil and set binder.
  • the known methods aim to return the production waste to the material cycle of production to the extent that it does not impair the stability of the melting process and the quality of the end product. In this way, the loss of mineral raw materials used is limited and the costs of sending the waste to landfill are reduced.
  • the invention has for its object to provide a method with which it is possible to overcome the limitations of the known and established methods for the production of insulation products from mineral wool and the entire amount of Production waste can be returned to the material cycle of production without impairing the quality of the insulation products produced.
  • the object is achieved according to the invention by a method for the production of insulating material products, in which a first production area in which mineral input material is melted in a cupola furnace or arc furnace or gas-fired melting furnace and the melt drawn off from this melting furnace is defibrated in a defibration device and the mineral fibers obtained are divided into several Processing steps are processed into an insulating material product with production waste being produced, is supplemented by a second production area in which a melt is produced in an inductively heated, in particular exclusively inductively heated, melting furnace and processed into an insulating material product using the known processing steps, with the comminuted granular and fibrous Production waste from both production areas are given up to the inductively, in particular exclusively inductively heated, melting furnace.
  • Production waste includes:
  • An essential feature of the invention is that the inductively heated melting furnace can be fed with any proportion of granular and fibrous production waste.
  • the various types of production waste are crushed using suitable known methods and devices to a grain size or bale size of less than 12 mm.
  • the water must be removed from the binder-soaked fibers in an aqueous solution, for which a centrifuge, for example, is suitable.
  • the comminuted production waste is temporarily stored in at least one silo before it is fed into the inductively heated melting furnace.
  • An advantageous embodiment provides for the use of at least one device working according to the principle of a mixing silo.
  • a further embodiment of the invention provides that the inductively heated melting furnace is additionally fed with mineral feedstocks, such as basalt and dolomite. Since production waste and mineral input materials can be fed into the inductively heated melting furnace in any proportion, it is possible to produce an insulating product in the second production area with the inductively heated melting furnace, regardless of the amount of production waste from both production areas. This includes the possibility of compensating for variable amounts of production waste and increasing the production of the insulation product if necessary.
  • mineral feedstocks such as basalt and dolomite
  • Another application is to feed the inductively heated melting furnace with mineral wool waste that does not originate in either of the two production areas.
  • the method according to the invention thus opens up an additional source of income if supplied, external production waste and/or mineral wool waste from the construction sector is used as input material for the inductively heated melting furnace.
  • an insulating material product is produced in an alternating sequence of melts with a high proportion (e.g. more than 40% by weight) of the crushed production waste from the first production area at the feed material of the inductively heated melting furnace and melts with a low proportion (e.g. less than 20% by weight %) of the comminuted production waste from the first production area is produced on the feed material of the inductively pickled melting furnace, with the determination of the duration of such melts and the proportion of production waste preventing the accumulation of production waste in the first production area above the specified level.
  • a high proportion e.g. more than 40% by weight
  • a low proportion e.g. less than 20% by weight
  • the invention is particularly advantageous when the two production areas have coherent production planning and control and a common infrastructure, including power and media supply, automation, logistics, raw material processing, processing of production waste, binding agent processing, packaging , picking, maintenance and repair facilities.
  • the invention provides that the inductively heated melting furnace is charged via at least one conveying and dosing device.
  • the feed material fed into the inductively heated melter is transported by gravity from the upper feed opening to a lower discharge opening of the melter through at least two channels of an inductively heated susceptor and is thereby heated and melted.
  • a continuous melt stream is generated from granular and fibrous feed material with a grain or bale size of less than 12 mm, this is defibrated in a defibration device and the mineral fibers obtained are processed into an insulating material product in several processing steps.
  • the method according to the invention is to be described as an example using the linking of a first production area (A) to a second production area (B), which are each shown as a block diagram in FIG.
  • a first production area (A) an insulating material product (30) is produced according to the known prior art, in which the melt (4) to be fiberized is produced using a conventional melting furnace (1), which can be a cupola furnace, an electric arc furnace or a gas-fired furnace. is produced.
  • Mineral input material (2) and additives (3) are fed into the melting furnace (1) as feed material.
  • coke is the dominant additive.
  • the essential feature of the second production area (B) is an inductively heated melting furnace (38) with the property of being able to continuously melt granular and fibrous feed material suitable for the production of mineral wool insulation products with a grain size of less than 12 mm without restrictions, with the melt produced all Requirements for the production of a high-quality insulation product are met.
  • the insulating material product (30) is produced from the melt (4) in process steps (7)-(14), the production waste (19)-(29) occurring.
  • the second production area (B) the known process steps for the production of an insulating material product (44) with the number (40) and the granular and fibrous production waste produced thereby with the number (41) are summarized.
  • a small-sized fraction (19) is produced during storage and transport of the lumpy mineral input materials (2) in the first production area (A). Since this must not be fed into the cupola furnace, it must be treated as production waste.
  • the melt (4) is defibrated in the defibration device (7) and entrained with an air stream (5), with melt beads (20), slag (21) and coarse fibers and fibrous structures (22) not reaching the fiber collection element (8) being produced as production waste .
  • production waste occurs in the form of binder-soaked mineral fibers in an aqueous solution (17), mineral fibers moistened with binder (24) and set binder (25), which accumulates over time and needs to be removed regularly.
  • the water (18) containing the binder is separated off in a dewatering device (15), which can be a centrifuge, for example.
  • the dewatered production waste (23) can then be further processed together with the other production waste.
  • the hardened strand is covered on one or both sides with a foil, preferably made of aluminum.
  • Laminated pieces (26) are produced as production waste.
  • the cured strand is trimmed and cut to the required dimensions, usually with saws (13).
  • the production waste consists of edge trimmings and offcuts (27) as well as dust (28), which is separated from the air flow with a filter (16).
  • Defective insulation product (29) is sorted out in the final quality control and during packaging of the insulation product (30) in the packaging station (14).
  • Production waste (29) also includes paper and cardboard adhering to it, as well as parts of plastic packaging material that cannot be removed without leaving any residue.
  • All granular and fibrous production waste from (19) - (29) of the first production area (A) and (41) of the second production area (B) must be shredded if they exceed a grain size or bale size of 12 mm.
  • Preferably mills and shredders are used, which are listed with the numbers (31) and (42).
  • the number and type of comminution aggregates are determined according to the well-known state of the art.
  • the shredded production waste (33) and (34) are mixed and temporarily stored. According to the essence of the invention, the mixtures of production waste (33) and (34) consist of any proportion the granular and fibrous production waste that occurs in the first production area (A) and in the second production area (B).
  • the reservoirs (32) and (43) can consist of one or more silos and/or mixing silos, each silo and/or mixing silo containing one or more of the categories of production waste indicated by positions (19) - (29) and (41). can be assigned.
  • the transport of the production waste designated with items (19) - (29) and (41) is carried out with the known conveyor devices, such as screw conveyors, conveyor belts, pneumatic transport and with containers, which are moved with internal transport means.
  • the feed material (37) is fed to the inductively heated melting furnace (38) in the second production area (B) via at least one dosing device (36).
  • the input material (37) can contain the granular and fibrous production waste (19) - (29) of the first production area (A) and the granular and fibrous production waste (41) of the second production area (B) in any proportion. Waste-free production occurs because all granular and fibrous production waste that occurs in the two production areas (A) and (B) can be processed into an insulating material product (44) in the second production area (B).
  • Mineral wool waste that does not originate in either of the two production areas (A) and (B) can also be used as the mineral input material (35) of the inductively heated melting furnace (38).
  • This waste includes, for example, production waste from other manufacturers of insulation products and offcuts from insulation products, which arise in the construction sector.
  • the production of a is intended as an exemplary embodiment of the invention insulating product (44) in the second production area (B), in which the input material (37) fed into the inductively heated melting furnace (38) consists of more than 40% by weight of the comminuted production waste (33) from the first production area (A). .
  • Another example of the linking of the two production areas (A) and (B) is the manufacture of the insulating product (44) in the second production area (B) with an alternating sequence of melting with a proportion of more than 40% by weight of the shredded production waste (33) of the first production area (A) at the feed material (37) of the inductively heated melting furnace (38) and melting with less than 20% by weight of the comminuted production waste (33) of the first production area (A) at the feed material (37) of the inductive heated melting furnace (38), the accumulation of production waste (19) - (29) of the first production area (A) being prevented above a predetermined level by determining the duration of the melting and the proportions of the production waste.
  • the potential of the invention can be demonstrated using an inductively heated melting furnace (38) in the second production area (B) with an annual output of 25,000 t.
  • 75,000 t/a of mineral input material (2) can be transformed into insulation products made of mineral wool (30) and (44) without the production waste becoming briquettes , added to the fibers already produced or sent to landfill.
  • the input material (37) of the inductively heated melting furnace (38) consists of 18,750 t/a of crushed material
  • an embodiment of invention the use of more as an inductively heated melting furnace (38) in the second production area (B).
  • an inductively heated melting furnace (38) in the second production area (B).
  • the method according to the invention does not rule out the possibility that production waste from categories (19) - (29) of the first production area (A) is returned to the material flow of the production of the insulating product (30) in this production area according to one or more of the known methods.
  • Examples include the production of briquettes and their task in the furnace (1) and the addition of comminuted production waste to the newly produced fibers in the area between the centrifuge (7) and the fiber collection element (8).
  • Such a procedure can be advantageous if the second production area (B) is added to an already existing first production area (A) and the lowest possible investment costs are preferred to the greatest possible advantages of completely dispensing with the known methods of returning production waste to the material flow of production .
  • the process steps summarized under (40) in the second production area (B) include the defibration of the melt in a defibration device and the production of a primary fleece in a fiber collection element.
  • a reduced range of insulating material products (44) and/or insulating material products (44) that are less expensive to produce with fewer process steps than in the first production area (A ) be generated. This can be, for example, loose rock wool for stuffing applications and wire mesh mats.
  • the processing steps shown in FIG. 1 for producing a melt (4) and (39) and (7)-(14) and (40) for producing the insulating material products (30) and (44) set a minimum according to the known prior art of production planning and control and automation technology.
  • the invention includes coherent production planning and control as well as a common infrastructure, including power and media supply, automation, logistics, raw material processing, processing of production waste, binder processing, the packaging, picking, maintenance and repair facilities.
  • the inductively heated melting furnace (38) has a susceptor with at least two channels through which the feed material (37) flows by gravity is transported from an upper feed opening to a lower outlet opening of the melting furnace and is heated and melted in this way.
  • Granular and fibrous feed material (37) with a grain or ball size of less than 12 mm is fed into the inductively heated, in particular exclusively inductively heated, melting furnace (38) and the melt that has been drawn off is processed into an insulating material product (44) using the known processing steps (40).

Abstract

Verfahren zur abfallfreien Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle, bei dem in einem ersten Produktionsbereich (A) in mehreren Verarbeitungsschritten (7) - (14) ein Dämmstoffprodukt (30) hergestellt wird und die körnigen und faserigen Produktionsabfälle (19) - (29), welche beim Lagern und Transport der mineralischen Einsatzstoffe (2) und nach dem Austreten der Schmelze aus einem Kupolofen oder einem Lichtbogenofen oder einem gasbefeuerten Schmelzofen (1) entstehen, gesammelt, zerkleinert und in einem zweiten Produktionsbereich (B) einem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben werden, die abgezogene Schmelze (39) mit den bekannten Verarbeitungsschritten (40) zu einem Dämmstoffprodukt (44) verarbeitet wird, wobei die im zweiten Produktionsbereich (B) in den Verarbeitungsschritten (40) anfallenden körnigen und faserigen Produktionsabfälle (41) dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) als Bestandteil des Aufgabematerials aufgegeben werden. Dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) können zusätzlich mineralische Einsatzstoffe (35) aufgegeben werden, wie zum Beispiel Basalt, Dolomit sowie Mineralwolle-Abfälle, welche ihren Ursprung in keinem der beiden Produktionsbereiche (A) und (B) haben.

Description

Verfahren zur abfallfreien Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle
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Die Erfindung betrifft ein wirtschaftlich vorteilhaftes, umweit- und resourcenschonendes Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle, bei dem in einem Produktionsbereich (A) die Schmelze in einem Kupolofen, in einem Lichtbogenofen oder in einem gasbefeuerten Schmelzofen (1) erzeugt, zerfasert und zu einem Mineralwollprodukt verarbeitet wird. Durch Ergänzung eines Produktionsbereiches (B), in dem die körnigen und faserigen Produktionsabfälle beider Produktionsbereiche in einem induktiv beheizten Schmelzofen geschmolzen und zu einem Mineralwollprodukt verarbeitet werden, entsteht eine abfallfreie Produktion. Die Brikettierung oder Deponierung der Abfälle entfällt. Es ist nicht nötig, Abfälle in qualitätsmindernder Weise den bereits erzeugten Fasern zuzugeben. Beide Produktionsbereiche verfügen in vorteilhafter Weise über eine zusammenhängende Produktionsplanung und -Steuerung und eine gemeinsame Infrastruktur, inbegriffen die Strom- und Medienversorgung, die Automation, die Logistik, die Rohstoffaufbereitung, die Aufbereitung von Produktionsabfällen, die Bindemittelaufbereitung, die Verpackung, die Kommissionierung, die Wartungs- und Reparatureinrichtungen.
Stand der Technik
Bei der der Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle werden Rohstoffe aus gebrochenen Ergußsteinen wie Basalt oder Diabas und geringen Mengen an Kalkstein, Dolomit und Magnesit als Ergänzungsstoffe aufgeschmolzen und einer Zerfaserungsvorrichtung zugeführt, welche Mineralwollefasern erzeugt. Die Zerfaserung erfolgt in den meisten Fällen mittels Zentrifugen. Eine Zentrifuge weist drei oder vier kaskadenförmig angeordnete angetriebene Räder auf. Entlang des Umfanges der Räder befinden sich im Gehäuse Schlitze, durch die Luft mit großem Druck geblasen wird. Die aus dem Ofen austretende Schmelze wird auf das obere Schleuderrad gerichtet. Durch die Fliehkraft wird ein Teil des Materials in Fasern umgeformt und durch den Luftstrom weggetragen. Der verbleibende, nichtumgeformte Teil, wird auf das nächste Rad weitergegeben, wo sich der Vorgang wiederholt. Die schweren Schmelzperlen, groben Fasern und Fasergebilde, die vom Luftstrom nicht mitgerissen werden und 10 - 20 % der eingesetzten Schmelze ausmachen, sammeln sich unterhalb der Zentrifuge an. Beim Düsenblasverfahren erfolgt die Zerfaserung in einer Blasendüse unter Einwirkung eines eingeblasenen Luftstroms. Auch dabei entstehen die genannten Abfälle in vergleichbarer Größenordnung.
In den Luft-Faser-Strom, der von der Zerfaserungsvorrichtung kommt, spätestens am Fasersammelorgan, wird das Bindemittel gesprüht. Ein Teil dieses Bindemittels wird von den Fasern gefangen; ein weiterer Teil wird mit der Abluft ausgetragen, und ein gewisser Rest lagert sich auf den Wänden der Anlage ab und muß in regelmäßigen Abständen entfernt und entsorgt werden.
Der Luftstrom mit den Fasern und dem Bindemittel wird auf ein gasdurchlässiges Fasersammelorgan in Form einer perforierten Trommel oder eines perforierten Endlosbandes gerichtet. Das sich auf dem Fasersammelorgan aufbauende bindemittelgetränkte Primärvlies verliert mit zunehmender Dicke die Luftdurchlässigkeit und muß daher mit nur wenigen Zentimetern Dicke vom Fasersammelorgan wegtransportiert werden. Die mit der Abluft des Fasersammelorgans mitgerissenen bindemittelgetränkten Fasern werden in einem Wäscher abgeschieden.
Mit Hilfe einer Pendelablagevorrichtung werden mehrere Lagen des Primärvlieses aufeinandergelegt, wodurch das Sekundärvlies mit der erforderlichen Dicke entsteht. In einem Rollenverdichter wird dieses Sekundärvlies verdichtet und auf die Enddicke komprimiert. Dem Rollenverdichter schließt sich der Aushärteofen an, in dem die Aushärtung des Bindemittels erfolgt.
In vielen Produktionsanlagen wird entsprechend der Produktpalette ein Teil der Dämmstoffprodukte mit Aluminiumfolie kaschiert. Die Kaschierung des ausgehärteten Stranges erfolgt in einer Kaschiermaschine, welche dem Aushärteofen folgt.
Anschließend werden die Ränder des Stranges besäumt, und es erfolgt das Zusägen auf die erforderlichen Abmessungen. Dabei fallen große Mengen an Zuschnitt und Staub an.
Zusammenfassend können folgende Abfälle bei der Herstellung von Dämmprodukten aus Mineralfasern benannt werden: Schlacke, Schmelzperlen, grobe Fasern, nasse Fasern, Randabschnitte von Dämmstoffplatten, Verschnittreste, fehlerhaftes Material, ungebundene Fasern und Staub aus der Absaugung, Aluminiumfolie von der Kaschierung sowie abgebundenes Bindemittel. Zu nennen ist auch die kleinstückige Fraktion, welche bei der innerbetrieblichen Aufarbeitung und beim Transport der mineralischen Einsatzstoffe entsteht. Im störungsfreien Betrieb entspricht der Anteil der genannten Abfälle beachtlichen 15-25 % der eingesetzten Rohstoffe, welcher mit dem bekannten Stand der Technik nicht weiter reduziert werden kann.
Abgesehen vom Verlust der eingesetzten Rohstoffe ist es sehr problematisch, die Abfälle in Form von losen Fasern, Abschnitten von Dämmplatten und abgehärtetem Bindemittel zu entsorgen. Einerseits erschweren die gesetzlichen Vorschriften zunehmend die Verbringung dieser Abfälle auf Deponien, andererseits werden immer höhere Preise für die Deponierung verlangt. Zu diesen Preisen addieren sich die Kosten für die Brikettierung dieser Abfälle mit großem Volumen und geringer Dichte, welche erforderlich ist, um die Stabilität des Deponiekörpers nicht zu gefährden.
Da die Ersparnisse, die durch den Wegfall der Entsorgungskosten und die Bilanz der Einsatzstoffe erzielt werden, den Aufwand der der Kreislaufführung im Werk mehr als aufwiegen, sind Hersteller von mineralischen Dämmstoffprodukten bestrebt, die Produktionsabfälle im Rahmen der eigenen Produktion so weit wie möglich zu recyclen.
Im einfachsten Fall kann der faserige Abfall, gegebenfalls nach einer Zerkleinerung, während bzw. unmittelbar nach der Zerfaserung zu den neu erzeugten Fasern eingeblasen werden.
Das US-Patent 5232638 beschreibt eine für die Zerfaserung verwendete Zentrifuge, bei der in die Antriebswelle zumindest eines Schleuderrades eine durchgehende Rohrleitung eingebracht ist, deren Auslaß innerhalb des Schleuderrades angeordnet ist. Durch diesen Auslaß wird ein Gemisch aus Wasser, zermahlenen Fasern, Bindemittel und fallweise Ton in den Raum gesprüht, in dem die Fasern gebildet und mit dem Bindemittel benetzt werden. Der Anteil der zermahlenen Fasern am Gemisch beträgt ca. 50 %, und ca. 50 % der zermahlenen Fasern sollen nicht länger sein als 0,5 mm. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass derart kurze Fasern die schädlichen Eigenschaften von Staub in der Fasermatrix aufweisen: sie erhöhen die Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffproduktes und verringern seine Festigkeit bei vergleichbarer Menge des eingesetzten Bindemittels. Verständlicherweise fehlen deshalb Angaben zum Anteil der zermahlenen Fasern am Endprodukt.
Das US-Patent 5123949 und die EP 0530843 Al schlagen vor, den Abfall in den Luftstrom mit den Primärfasern einzublasen, der auf das luftdurchlässige Fasersammelorgan gerichtet ist. Der maximal mögliche Anteil des Abfalls wird mit 40 % beziffert, wobei der Bedarf bis zu 70 % erreichen kann. Das heißt, mit diesem Verfahren kann nur ein gewisser Teil des Abfalls verwertet werden, weil ansonsten die Qualität des Endproduktes zu stark beeinträchtigt wird. Eine weitere Ausgestaltung dieses Verfahrens sieht gemäß EP 2574693 Al vor, dass den zerkleinerten faserigen Abfällen Aerogel beigemischt wird.
Die EP 3323924 Al schlägt vor, die zermahlenen Abfälle mit flüssigem organischem Bindemittel zu vermischen und durch Formgebung und Kompression zwei Stränge mit vorgegebener Dicke und Dichte zu erzeugen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Ober- und der Unterseite des bindemittelgetränkten Sekundärvlieses mit jeweils einem dieser Stränge verbunden. Anschließend erfolgt die Aushärtung im Durchlaufofen. Neben der Verwertung des Abfalls können Dämmstoffplatten mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften erzeugt werden.
Der Umfang, in dem die Produktionsabfälle über das Schmelzaggregat in den Materialfluß der Produktion zurückgeführt werden können, wird beim derzeitigen Stand der Technik auch durch die Funktionsweise des Schmelzaggregates begrenzt.
Das am meisten verbreitete Schmelzaggregat für die Herstellung von Mineralwolle ist der Kupolofen. Der Kupolofen ist ein Schachtofen, der von oben mit Koks als Brennstoff, dem mineralischen Ausgangsmaterial und den Zuschlagstoffen befüllt wird. Im unteren Teil des Ofens wird vorgeheizte Verbrennungsluft eingeblasen. Durch Einbringen von reinem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft kann die Temperatur im Kupolofen erhöht werden. Die entstehende Mineralschmelze sammelt sich am Boden des Ofens und wird durch einen Siphon abgezogen. Durch eine separate Öffnung wird das flüssige Eisen abgelassen, welches durch die Reduktion des im Basalt enthaltenen Eisenoxids entsteht. Eine ähnliche Konstruktion weisen gasbefeuerte Öfen auf, bei denen Erdgas oder auch Mineralöl als Energieträger eingesetzt werden.
Die Abgase des Kupolofens müssen einer CO-Nachverbrennung zugeführt werden. Mit Filtern erfolgt die Abscheidung der mitgerissenen Staubpartikel.
Es ist bekannt, dass kleinkörniges und faseriges Material im Kupolofen den prozeßrelevanten vertikalen Gasstrom behindert und letztendlich den Schmelzprozeß durch Verstopfung zum Erliegen bringt. Aufgrund seiner geringen Dichte und seines großen Strömungswiderstandes würde zudem das faserige Material mit den abgesaugten Gasen mitgerissen und die Filter zusetzen. Deshalb ist es sehr problematisch, sowohl die kleinkörnigen als auch die faserigen Abfälle zu verwerten, indem sie zusammen mit dem stückigen mineralischen Material in den Kupolofen aufgegeben werden.
Gemäß der US 2008/0256981 Al können in einen Kupolofen 5-20 % der mineralischen Einsatzstoffe in Form von Scherben aufgegeben werden, welche zuvor durch das Schmelzen der Abfälle in einem separaten Ofen erzeugt worden sind. Diese Menge ist immer noch zu gering, um die gesamte Menge von
Produktionsabfällen in das Materialfluß der Produktion zurückzuführen zu können.
Stand der Technik ist es, die Produktionsabfälle aus Mineralwolle mit Zement und Wasser zu vermischen, daraus größere Formsteine (auch Briketts und Pellets genannt) herzustellen und diese nach einer Aushärtezeit von wenigstens 48 Stunden in den Kupolofen aufzugeben.
Dem Bericht „Decarbonisation Options for the Dutch Stone Wool Industry" (PBL Netherlands Environmental Assessment Agency, Publication Number 3722, 12. Dezember 2019), ist zu entnehmen, dass einer der größten Hersteller von Dämmprodukten aus Mineralwolle, Rockwool NL B.V., für die Produktion von 300.000 t/a Endprodukt 150.000 t/a Abfall in Form von Formsteinen in die Kupolöfen zurückführt. Dafür werden 90.000 t/a Zement benötigt. Insgesamt machen die Formsteine 42% des Einsatzmaterials der Kupolöfen aus.
Offensichtliche Nachteile dieses Verfahrens sind der große technische Aufwand und die hohen zusätzlichen Kosten für den Zement. Trotz der Zugabe von Zement ist die Festigkeit der Formsteine geringer als die des mineralischen Rohstoffs, insbesondere bei Temperaturen ab 400 - 500 °C. Dazu trägt auch die im Bindemittel enthaltende wasserabweisende (hydrophobe) Komponente bei, welche die Wirkung des Zements deutlich verringert. Deshalb erfordert der Einsatz von Formsteinen einen größeren Aufwand bei der Steuerung des Ofens, um dessen Verstopfung zu verhindern.
Im Rahmen des beschränkten Potentials der Brikettierung zielen die Entwicklungen im Wesentlichen auf die zusätzlich zum Zement verwendeten Stoffe, durch die in vorteilhafter Weise die Festigkeit der Formsteine erhöht und der Anteil des vergleichsweise teuren Zementes verringert werden kann. Beispielhaft seien genannt: WO 92/04289 (Zugabe von Hochofenschlacke und eines alkalischen Additivs in Form von Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid), WO 97/22563 (Zugabe von Tonerde), WO 2005/073139 A2 (Zugabe von gebrauchten Strahlmitteln), WO 2006/015647 Al (Zugabe von getrocknetem Klärschlamm), US 2014/0159272 Al (Zugabe von Tonziegelbruch), DE 102015120721 Al (Zugabe von Tensiden und organischen Plastifizierern).
Ein mit PAROC-WIM bezeichnetes Verfahren zur Verwertung von Produktionsabfällen wurde von der Paroc Group OY AB entwickelt (LIFE02 ENV/FIN/000328). Es besteht darin, die Produktionsabfälle auf eine Korngröße kleiner 10 mm zu zerkleinern und über die Sauerstofflanzen in den Kupolofen einzublasen. Auf einer Pilotanlage wurde nachgewiesen, dass zumindest der an der Zerfaserungsvorrichtung entstehende Abfall, d.h. ein vergleichsweise grobkörniges Material, auf diese Weise zur Gänze zurückgeführt werden kann. Es wurde weiterhin nachgewiesen, dass bis zu 10 % des Einsatzmaterials, bezogen auf die Masse des Endproduktes aus Mineralwolle, aus eingeblasenem zerkleinerten Produktionsabfall bestehen kann. Neben der Einsparung von Koks in der Größenordnung von 7 % wird als Vorteil dieses Verfahrens die Reduzierung der Emissionen von SChgenannt, welche umso mehr ins Gewicht fällt angesichts der um ca. 50 % erhöhten Werte bei der Zugabe des Abfalls in Form von Formsteinen.
In einem Lichtbogenofen kann es zu konstruktionsbedingt zu keiner Verstopfung kommen. Allerdings ist auch dieser Ofentyp mit einer Absaugung ausgestattet, so dass faseriges Material die Filter schnell zusetzen würde. Trotz der Möglichkeit, zumindest kleinkörniges Material zurückführen zu können, hat dieses Verfahren zur Erzeugung der Schmelze noch keine große Verbreitung gefunden bei der Herstellung von Mineralwolle.
In einem Zyklonofen wird das Aufgabematerial intensiv mit Erdgas oder pulverförmigen Brennstoffen und der Verbrennungsluft vermischt, damit die Verbrennungswärme möglichst vollständig für den Schmelzvorgang genutzt wird. Die WO 2008/086990 Al bestätigt, dass eine kostspielige Anreicherung der Brennluft mit Sauerstoff erforderlich ist, um die für das Aufschmelzen von Basalt erforderlichen hohen Temperaturen zu erzeugen. Zusätzlich muß die Konstruktion so ausgelegt sein und der Ofen so gefahren werden, dass das Aufgabematerial möglichst schnell schmilzt, um nicht mit dem Abgasstrom mitgerissen zu werden. Dennoch wird im Vergleich zum Kupolofen mit dem Abgasstrom deutlich mehr Wärme abgeführt, und es werden deutlich mehr Partikel ausgetragen. Deshalb muß dieser Ofentyp mit einer aufwendigen Wärmerückgewinnung, vergleichsweise großen Filtern und einer Vorrichtung zur Rückführung des Filtergutes in den Ofen ausgestattet sein. Diese Nachteile überwiegen den Vorteil der Aufgabe von feinkörnigem Aufgabematerial, und deshalb ist dieser Ofentyp bei der Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle kaum anzutreffen.
Die WO 2013/083464 Al schlägt einen Zyklon-Schmelzofen mit drei zusätzlichen Zyklonen für die Abgasbehandlung vor, welcher neben den Produktionsabfällen auch Flugasche aus externen Quellen einschmelzen kann. Ein Nachteil dieses Ofens besteht darin, dass die drei zusätzlichen Zyklone und die dazugehörigen Rohrleitungen mit feuerfestem Material ausgekleidet sein müssen. Der realistische Anteil von Abfall aus Mineralwolle am Aufgabematerial wird mit 20 % angegeben, was gemäß den bereits dargelegten Sachverhalten zu wenig ist, um eine abfallfreie Produktion zu ermöglichen.
In EP 0389314 Al, WO 2006/018582 Al und US 2008/0256981 Al wird vorgeschlagen, in einen ausgemauerten Ofen über Bodendüsen reinen Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft, deren Sauerstoffgehalt mindestens 40 Vol.-% beträgt, einzuführen, um Produktionsabfälle in eine Schmelze zu überführen. Die erforderliche Wärme wird durch die Verbrennung des im Abfall enthaltenen organischen Bindemittels und durch Verbrennung von zugeführtem gasförmigem Brennstoff bereitgestellt. Nachteil eines solchen Ofens sind die hohen Kosten für reinen Sauerstoff, der in überstöchiometrischer Menge eingesetzt werden muß. Außerdem wird keine vorteilhafte Lösung dafür beschrieben, wie der Austrag von Fasern aus dem Ofen mit den Abgasen verhindert wird.
Es ist bekannt, dass mineralisches Material in einem Induktionsofen erwärmt und aufgeschmolzen werden kann, wenn der Tiegel, in dem sich das Schmelzgut befindet, aus elektrisch leitfähigem Material besteht.
In einem als Durchlaufofen ausgestalten Induktionsofen ist es möglich, das Aufgabematerial sehr schnell, d.h. innerhalb weniger Minuten, zu erwärmen und zu verflüssigen. In diesem Fall dampfen die flüchtigen Komponenten, im speziellen auch die Schwermetalle, praktisch nicht aus. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des Induktionsofens bei der Inertisierung von schwermetallhaltigen Filterstäuben durch Verglasung. In den herkömmlichen Wannen von großen Glasöfen betragen die Verweilzeiten mehrere Stunden. Die zwangsläufig ausdampfenden Schwermetalle müssen in einer zusätzlichen Stufe aus den Abgasen herausgefiltert und einer Entsorgung oder Verwertung zugeführt werden.
Die WO 93/18868 beschreibt ein Verfahren zur Inertisierung durch Verglasung, bei dem das Schmelzen in einem induktiv erwärmten Wannenofen erfolgt. Aufgrund der langen Verweildauer des Schmelzgutes im Ofen ist die Rückführung der schwermetallhaltigen Stäube ein anlagentechnisch aufwendiger Bestandteil dieses Verfahrens.
Die CH 680656 A5 zeigt beispielhaft, wie die induktive Erwärmung in vorteilhafter Weise bei der Inertisierung durch Verglasung eingesetzt werden kann, indem das Schmelzgut innerhalb kürzester Zeit im induktiv erhitzen Durchlaufofen verflüssigt und nach dem Austritt aus dem Ofen in einer Kühl- oder Abschreckvorrichtung sehr rasch verfestigt wird. Dementsprechend weist der Tiegel aus elektrisch leitendem Material eine sehr einfache, nicht näher spezifizierte Form auf. Um den Eintrag von Energie zu erhöhen, ist eine zusätzliche elektrische direkte oder indirekte Widerstandsheizung und in weiterer Ausführung eine zusätzliche Gas- oder Ölheizung vorgesehen.
In WO 2019/094536 Al wird ein Schmelzofen zur Erzeugung einer Schmelze für die Herstellung von Mineralwolle beschrieben, welcher Mineralwolle-Abfälle und Schmelzperlen verarbeiten kann. Der Schmelzofen wird mit Plasma, Erdgas oder elektrischem Strom geheizt. Zusätzliche Energie kann durch eine Induktionsspule zugeführt werden, indem flüssiges Metall, welches in einer Wanne, die den unteren Teil des Ofens bildet, erhitzt wird. Ein kontinuierlicher Schmelzbetrieb eines solchen Ofens mit ausschließlich induktiver Erwärmung ist nicht möglich, weil der Wärmestrom von der Metallschmelze zur Glasschmelze und insbesondere von der Glasschmelze zum Einsatzmaterial zu gering ist. Ein geeignetes Verfahren, den Wärmeübergang von der Mineralschmelze zum darauf schwimmenden faserigen Einsatzmaterial auf das für eine Produktion von Mineralwolle erforderliche Maß zu erhöhen, ist nicht vorstellbar.
Die CN 106892550 A beschreibt einen Induktionsofen zur Erzeugung einer Schmelze für die anschließende Zerfaserung, bei dem die Erwärmung des mineralischen Einsatzmaterials in einem metallischen Zylinder erfolgt, welcher von einem keramischen Tiegel eingehaust ist. Die beiden Auslässe für das reduzierte Eisen und die mineralische Schmelze sind seitlich angeordnet. Die erforderliche Dimensionierung dieser Auslässe unter Berücksichtigung der großen Strahlungswärme führt dazu, dass die Windung der Induktionsspule nur ungleichmäßig über die Höhe des metallischen Zylinders verteilt werden kann. Zudem ist eine Regulierung des Energieeintrags durch Höhenverstellung der Induktionsspule nicht möglich. Nicht zuletzt sind die seitlichen Auslässe ein Hindernis beim Austausch des keramischen Tiegels.
Für eine störungsfreie Arbeit der Zerfaserungsvorrichtung und eine möglichst geringe Verunreinigung des Mineralwolleproduktes mit Schmelzperlen ist es wichtig, dass der Schmelzofen eine hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, der Viskosität und des Kristallisationsverhaltens eine homogene Schmelze bereitstellt. Dafür ist es erforderlich, die Schmelze im Ofen für eine gewisse Dauer auf eine Temperatur von ca. 1700 - 1750 °C zu erhitzen, bei der die hochschmelzenden Phasen mit Sicherheit verflüssigt werden. Nach Durchmischung und Homogenisierung des komplett aufgeschmolzenen mineralischen Einsatzmaterials ist es vorteilhaft, die Temperatur der Schmelze auf Temperaturen im Bereich 1420 - 1480 °C abzusenken, bei der die Ausbeute von an der Zerfaserungsvorrichtung entstehenden Fasern am höchsten, der Anteil an langen Fasern am größten und der Anteil von Abfall in Form von Schlacke und Schmelzperlen am geringsten ist.
Während im Lichtbogenofen eine solche gezielte Temperaturführung aufgrund der Bauweise nicht möglich ist, sind im Kupolofen Temperaturen von über 1600 °C auch mit Einblasen von Heißwind oder reinem Sauerstoff nicht zu erreichen.
In der US 4174462 A wird aufgezeigt, wie in einem induktiv erhitzten Ofen gezielt ein Temperaturprofil der mineralischen Schmelze entlang des Pfades von der oberen Aufgabeöffnung zur unteren Auslaßöffnung eingestellt werden kann. In einem mit mehreren aufeinanderfolgenden Induktionsspulen erhitzten Hohlzylinder aus Graphit sind runde Graphitplatten angeordnet, welche mit Bohrungen, Kanälen und Aussparungen versehen sind. Durch die Anzahl und Anordnung dieser Platten, von denen jede eine eigene Ausgestaltung mit den Bohrungen, Kanälen und Aussparungen aufweist, kann die Wärmeabgabe an das Schmelzgut auf den verschiedenen Höhenabschnitten beeinflußt werden und damit auch die Temperatur der Schmelze. Außerdem bewirken die Platten die Durchmischung der Schmelze, wodurch deren Homogenität erzielt wird. In der AT 516735 Bl wird ein induktiv beheizter Ofen für die Erzeugung einer Schmelze bei der Herstellung von Mineralwollefasern beschrieben, der aus zwei unabhängig voneinander beheizbaren Kammern besteht, welche durch mindestens einen Kanal miteinander verbunden sind. Der aus mechanisch bearbeiteten Teilen bestehende Graphit-Suszeptor gibt der Schmelze einen nichtgeradlinigen Pfad vor, womit der zeitliche Verlauf der Temperatur der Schmelze im Ofen beeinflußt werden kann.
Durch eine weitere Ausgestaltung des Suszeptors kann die durch reduzierende Reaktionen entstehende Eisenschmelze durch eine separate Auslaßöffnung am Boden des Ofens abtransportiert werden, wie in AT 519230 Bl beschrieben.
Eine weitere Entwicklung besteht gemäß AT 519235 A4 darin, dass der induktiv erwärmte Suszeptor zumindest zwei Kanäle aufweist, welche die obere Aufgabeöffnung und die untere Auslaßöffnung verbinden. Die entstehende Schmelze fließt durch mehrere vertikale Kanäle, welche am unteren Ende eine Querschnittsverengung aufweisen. In diesem Bereich erwärmt sich die Schmelze bis auf ca. 1500 °C. Im anschließenden Bereich, in denen horizontale Strukturen des Suszeptors eine radiale Bewegung der Schmelze erzwingen, wird diese auf Temperaturen zwischen 1700 und 1750 °C erhitzt, wodurch auch die schwerschmelzenden Bestandteile des Einsatzmaterials verflüssigt und mit dem Rest der Schmelze zu einer homogenen Phase vermischt werden. Anschließend sammelt sich die Schmelze in einer von den horizontalen Strukturen des Suszeptors umgebenen Kammer, wo sie auf Temperaturen von 1420 - 1480 °C abkühlen kann, welche optimal für die Zerfaserung der Schmelze nach dem Austritt aus dem Ofen sind.
Wird der vorzugsweise aus Graphit bestehende Suszeptor auf der der Ofenwand zugewandten Seite mit vertikalen Schlitzen versehen, wie in AT 521245 A4 beschrieben, kann der Bereich der induktiven Erwärmung nach innen, in einen von dem die Ofenwand umgebenden Induktor weiter entfernten Bereich verlagert werden, mit dem das zu schmelzende Gut in Berührung steht. Mit der Anordnung und Abmessung der Schlitze kann der Energieeintrag über die Höhe des Ofens in der gewünschten Weise beeinflußt werden.
Es ist offensichtlich, dass einem induktiv beheiztem Durchlaufofen mit Suszeptor, welcher mit Kanälen versehen ist, mineralisches Einsatzmaterial nur bis zu einer bestimmten Korngröße, typischerweise 12 mm aufgegeben werden kann. Diese Anforderung bedeutet, dass in einem solchen Ofen nicht nur gebrochener Basalt und Dolomit, sondern auch Abfälle der Dämmstoffproduktion wie z.B. Schmelzperlen, Verschnitt, Fasern und Staub in beliebigen Anteilen geschmolzen werden können. Derzeit ist es bei der Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle mit vertretbarem technischem Aufwand nicht möglich, die Entstehung von Abfall in Form von Schlacke, Schmelzperlen, groben Fasern und Faseraggregaten bei der Zerfaserung der Schmelze in einer Zentrifuge oder mit dem Düsenblasverfahren zu verhindern. Weiterer Abfall sammelt sich in Form von losen Fasern, Zuschnitt, Staub, gegebenfalls Aluminiumfolie und abgebundenem Bindemittel.
Mit den etablierten Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle läßt sich die Entstehung beträchtlicher Mengen von Produktionsabfällen, typischerweise 15 - 25 % der eingesetzten mineralischen Rohstoffe, auch im störungsfreien Betrieb nicht vermeiden.
Die bekannten Verfahren zielen darauf ab, die Produktionsabfälle in dem Maße in den Stoffkreislauf der Produktion zurückzuführen, in dem sie die Stabilität des Schmelzprozesses und die Qualität des Endproduktes nicht beeinträchtigen. Auf diese Weise wird der Verlust an eingesetzten mineralischen Rohstoffen begrenzt und werden die Kosten für die Verbringung der Abfälle auf Deponien verringert.
Anhand der aufgezählten Verfahren ist hinreichend dargelegt, dass es mit dem bekannten Stand der Technik in den meisten Fällen nicht möglich ist, zum Zwecke einer abfallfreien Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle die gesamte anfallende Menge der Abfälle in den Materialfluß der Produktion zurückzuführen. Die dem Stand der Technik entsprechenden Schmelzaggregate Kupolofen und Lichtbogenofen können nur mit einer begrenzten Menge an faserigen Abfällen beschickt werden, weil diese die Abgasfilter und beim Kupolofen auch den Schmelzschacht verstopfen. Ebenso begrenzt ist der Anteil von zementgebundenen Briketts und Scherben, welche aus separat aufgeschmolzenen Produktionsabfällen erzeugt werden und in den Kupolofen aufgegeben werden. Außerdem kann den neu erzeugten Fasern nur eine begrenzte Menge an zerkleinertem Produktionsabfall zugefügt werden, weil dieser die Dämmeigenschaften und die mechanische Festigkeit des Dämmstoffproduktes in nachteilhafter Weise verringert.
Die technische Literatur und die mit den relevanten Patenten aufgezeigten Trends deuten darauf hin, dass die führenden Hersteller von Dämmstoffen aus Mineralwolle den Schwerpunkt der Entwicklungsarbeit in der Verfeinerung bzw. Anpassung der bekannten Verfahren zur Rückführung der Produktionsabfälle in den Schmelzofen oder zur Zugabe in den neu erzeugten Faserstrom sehen.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, die Beschränkungen der bekannten und etablierten Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle zu überwinden und die gesamte Menge an Produktionsabfällen in den Stoffkreislauf der Produktion ohne Beeinträchtigung der Qualität der erzeugten Dämmstoffprodukte zurückzuführen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffprodukten gelöst, bei dem ein erster Produktionsbereich, in dem mineralisches Einsatzmaterial in einem Kupolofen oder Lichtbogenofen oder gasbefeuerten Schmelzofen geschmolzen wird und die aus diesem Schmelzofen abgezogene Schmelze in einer Zerfaserungsvorrichtung zerfasert und die erhaltenen Mineralfasern in mehreren Verarbeitungsschritten unter Entstehung von Produktionsabfällen zu einem Dämmstoffprodukt verarbeitet werden, durch einen zweiten Produktionsbereich ergänzt wird, in welchem in einem induktiv beheizten, insbesondere ausschließlich induktiv beheizten Schmelzofen eine Schmelze erzeugt und mit den bekannten Verarbeitungsschritten zu einem Dämmstoffprodukt verarbeitet wird, wobei die zerkleinerten körnigen und faserigen Produktionsabfälle beider Produktionsbereiche dem induktiv, insbesondere ausschließlich induktiv beheizten Schmelzofen aufgegeben werden.
Die Produktionsabfälle schließen ein:
- kleinkörniges mineralisches Material, welches beim Lagern und Transport der Rohstoffe anfällt und in einem Kupolofen nicht eingesetzt werden kann;
- Schmelzperlen, Schlacke sowie groben Fasern und Fasergebilde, welche im Bereich der Zerfaserungsvorrichtung entstehen;
- bindemittelgetränkte Mineralfasern in wässriger Lösung, mit Bindemittel befeuchtete Mineralfasern und abgebundenes Bindemittel, welches im Bereich des Fasersammelorgans anfällt;
- Randabschnitt und Verschnitt, mit Aluminium kaschiertes Material eingeschlossen;
- Staub, insbesondere von den Sägen;
- fehlerhaftes Dämmstoffprodukt;
- anhaftendes Papier und Pappe sowie Bestandteile von Verpackungsmaterial aus Kunststoff, welche sich nicht rückstandsfrei aus dem Abfallstrom entfernen lassen.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass dem induktiv beheizten Schmelzofen Aufgabematerial mit beliebigen Anteilen der körnigen und faserigen Produktionsabfälle aufgegeben werden kann.
Da das Aufgabematerial des induktiv beheizten Schmelzofens eine Korngröße bzw. Ballengröße von typischerweise 12 mm nicht überschreiten soll, werden die verschiedenartigen Produktionsabfälle mit den geeigneten bekannten Verfahren und Vorrichtungen auf eine Korngröße bzw. Ballengröße kleiner 12 mm zerkleinert. In einem vorangehenden Verfahrensschritt muß den bindemittelgetränkten Fasern in wässriger Lösung das Wasser entzogen werden, wofür sich z.B. eine Zentrifuge eignet. Dem Wesen der Erfindung entsprechend werden die zerkleinerten Produktionsabfälle vor der Aufgabe in den induktiv beheizten Schmelzofen in wenigstens einem Silo zwischengelagert. Eine vorteilhafte Ausführung sieht die Anwendung von wenigstens einer nach dem Prinzip eines Mischsilos arbeitenden Vorrichtung vor.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass dem induktiv beheizten Schmelzofen zusätzlich mineralische Einsatzstoffe aufgegeben werden, wie zum Beispiel Basalt und Dolomit. Da Produktionsabfälle und mineralische Einsatzstoffe in beliebigen Anteilen dem induktiv beheizten Schmelzofen aufgegeben werden können, ist es möglich, im zweiten Produktionsbereich mit dem induktiv beheizten Schmelzofen ein Dämmstoffprodukt unabhängig von der Menge der Produktionsabfälle beider Produktionsbereiche herzustellen. Das schließt die Möglichkeit ein, veränderlich anfallende Mengen von Produktionsabfällen auszugleichen und bei Bedarf die Produktion des Dämmstoffproduktes zu erhöhen.
Eine weitere Anwendung sieht vor, dem induktiv beheizten Schmelzofen Mineralwolle-Abfälle aufzugeben, welche ihren Ursprung in keinem der beiden Produktionsbereiche haben. Angesichts der stetig steigenden Kosten für die Deponierung von Abfällen aus Mineralwolle eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren somit eine zusätzliche Einnahmequelle, wenn zugelieferte, externe Produktionsabfälle und/oder Mineralwollabfälle aus dem Bausektor als Einsatzmaterial des induktiv beheizten Schmelzofens zur Anwendung kommen.
In einer vorteilhaften Anwendung des Verfahrens wird ein Dämmstoffprodukt bei alternierender Abfolge von Schmelzen mit hohem Anteil (z.B. mehr als 40 Gew.-%) der zerkleinerten Produktionsabfälle des ersten Produktionsbereiches am Aufgabematerial des induktiv beheizten Schmelzofens und Schmelzen mit geringem Anteil (z.B. weniger als 20 Gew.-%) der zerkleinerten Produktionsabfälle des ersten Produktionsbereiches am Aufgabematerial des induktiv beizten Schmelzofens hergestellt, wobei mit der Festlegung der Dauer solcher Schmelzen und der Anteile der Produktionsabfälle die Anhäufung von Produktionsabfällen im ersten Produktionsbereich über das vorgegebene Maß verhindert wird.
Die Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die beiden Produktionsbereiche über eine zusammenhängende Produktionsplanung und -Steuerung und eine gemeinsame Infrastruktur verfügen, inbegriffen die Strom- und Medienversorgung, die Automation, die Logistik, die Rohstoffaufbereitung, die Aufbereitung von Produktionsabfällen, die Bindemittelaufbereitung, die Verpackung, die Kommissionierung, die Wartungs- und Reparatureinrichtungen.
Die Erfindung sieht vor, dass der induktiv beheizte Schmelzofen über wenigstens eine Förder- und Dosiereinrichtung beschickt wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das dem induktiv beheizten Schmelzofen aufgegebene Aufgabematerial durch die Schwerkraft von der oberen Aufgabeöffnung zu einer unteren Auslaßöffnung des Schmelzofens durch mindestens zwei Kanäle eines induktiv erwärmten Suszeptors transportiert und auf diesem Weg erwärmt und aufgeschmolzen.
Mit dem induktiv beheizten, insbesondere ausschließlich induktiv beheizten Schmelzofen wird aus körnigem und faserigen Aufgabematerial mit einer Korn- bzw. Ballengröße kleiner 12 mm ein kontinuierlicher Schmelzstrahl erzeugt, dieser in einer Zerfaserungsvorrichtung zerfasert und die erhaltenen Mineralfasern in mehreren Verarbeitungsschritten zu einem Dämmstoffprodukt verarbeitet.
Ausführungsbeispiel
Das erfindungsgemäße Verfahren soll beispielhaft anhand der Verknüpfung eines ersten Produktionsbereiches (A) mit einem zweiten Produktionsbereich (B), welche in Fig. 1 jeweils als Blockschema dargestellt sind, beschrieben werden. Im ersten Produktionsbereich (A) wird ein Dämmstoffprodukt (30) gemäß dem bekannten Stand der Technik hergestellt, bei dem die zu zerfasernde Schmelze (4) mit einem herkömmlichen Schmelzofen (1), der ein Kupolofen, ein Lichtbogenofen oder ein gasbefeuerter Schmelzofen sein kann, erzeugt wird. Als Aufgabematerial werden dem Schmelzofen (1) mineralisches Einsatzmaterial (2) und Zuschlagstoffe (3) aufgegeben. Im Falle eines Kupolofens ist Koks der dominante Zuschlagstoff.
Das wesentliche Merkmal des zweiten Produktionsbereiches (B) ist ein induktiv beheizter Schmelzofen (38) mit der Eigenschaft, zur Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle geeignetes körniges und faseriges Aufgabematerial mit einer Korngröße kleiner 12 mm ohne Einschränkungen kontinuierlich schmelzen zu können, wobei die erzeugte Schmelze alle Anforderungen für die Herstellung eines qualitativ hochwertigen Dämmstoffproduktes erfüllt.
Im ersten Produktionsbereich (A) wird das Dämmstoffprodukt (30) aus der Schmelze (4) in den Verfahrensschritten (7) - (14) erzeugt, wobei die Produktionsabfälle (19) - (29) anfallen. Im zweiten Produktionsbereich (B) sind die bekannten Verfahrensschritte zur Herstellung eines Dämmstoffproduktes (44) mit der Nummer (40) und die dabei anfallenden körnigen und faserigen Produktionsabfälle mit der Nummer (41) zusammengefaßt.
Beim Lagern und Transport der grobstückigen mineralischen Einsatzstoffe (2) im ersten Produktionsbereich (A) entsteht eine kleinstückige Fraktion (19). Da diese nicht in den Kupolofen aufgegeben werden darf, ist sie als Produktionsabfall zu behandeln. In der Zerfaserungsvorrichtung (7) wird die Schmelze (4) zerfasert und mit einem Luftstrom (5) mitgerissen, wobei nicht zum Fasersammelorgan (8) gelangende Schmelzperlen (20), Schlacke (21) sowie grobe Fasern und Fasergebilde (22) als Produktionsabfall entstehen.
Im Fasersammelorgan (8), in dem den erzeugten Fasern das flüssige Bindemittel (6) zugegeben wird, entstehen Produktionsabfälle in Form von bindemittelgetränkten Mineralfasern in wässriger Lösung (17), mit Bindemittel befeuchteten Mineralfasern (24) und abgebundenem Bindemittel (25), welches sich im Laufe der Zeit ansammelt und regelmäßig entfernt werden muß.
In einer Entwässerungsvorrichtung (15), die z.B. eine Zentrifuge sein kann, wird das bindemittelhaltige Wasser (18) abgetrennt. Anschließend können die entwässerten Produktionsabfälle (23) gemeinsam mit den anderen Produktionsabfällen weiterverarbeitet werden.
Sofern in der Pendeleinheit (9), in der Komprimiereinheit (10) und im Härteofen (11) gelegentlich geringe Mengen an Produktionsabfällen anfallen, lassen sich diese einer aus den Kategorien (19) - (29) zuordnen.
In der Kaschiereinheit (12) wird der ausgehärtete Strang ein- oder beidseitig mit einer Folie beklebt, vorzugsweise aus Aluminium. Als Produktionsabfall fallen kaschierte Stücke (26) an.
Das Besäumen des ausgehärteten Stranges und der Zuschnitt auf die geforderten Maße erfolgt üblicherweise mit Sägen (13). Der Produktionsabfall besteht aus Randabschnitt und Verschnitt (27) sowie Staub (28), der mit einem Filter (16) aus dem Luftstrom abgeschieden wird.
In der abschließenden Qualitätskontrolle und beim Verpacken des Dämmstoffproduktes (30) in der Verpackungsstation (14) wird fehlerhaftes Dämmstoffprodukt (29) aussortiert. Zum Produktionsabfall (29) zählen auch anhaftendes Papier und Pappe sowie Bestandteile von Verpackungsmaterial aus Kunststoff, welche sich nicht rückstandsfrei entfernen lassen.
Alle körnigen und faserigen Produktionsabfälle aus (19) - (29) des ersten Produktionsbereiches (A) und (41) des zweiten Produktionsbereiches (B) müssen zerkleinert werden, sofern sie eine Korngröße bzw. Ballengröße von 12 mm überschreiten. Vorzugsweise gelangen Mühlen und Schredder zum Einsatz, die mit den Nummern (31) und (42) aufgeführt sind. Die Anzahl und der Typ der Zerkleinerungsaggregate werden gemäß dem hinreichend bekannten Stand der Technik festgelegt. Die zerkleinerten Produktionsabfälle (33) und (34) werden gemischt und zwischengelagert. Dem Wesen der Erfindung entsprechend bestehen die Mischungen der Produktionsabfälle (33) und (34) in beliebigen Anteilen aus den körnigen und faserigen Produktionsabfällen, welche jeweils im ersten Produktionsbereich (A) und im zweiten Produktionsbereich (B) anfallen.
Die Speicher (32) und (43) können aus einem oder mehreren Silos und/oder Mischsilos bestehen, wobei jedem Silo und/oder Mischsilo eine oder mehrere der mit den Positionen (19) - (29) und (41) bezeichneten Kategorien der Produktionsabfälle zugeordnet sein können.
Die Transport der mit den Positionen (19) - (29) und (41) bezeichneten Produktionsabfälle erfolgt mit den bekannten Fördereinrichtungen, wie zum Beispiel durch Förderschnecken, Transportbänder, pneumatischen Transport sowie mit Behältern, welche mit innerbetrieblichen Transportmitteln bewegt werden.
Dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) im zweiten Produktionsbereich (B) wird das Aufgabematerial (37) über wenigstens eine Dosiereinrichtung (36) aufgegeben. Das Aufgabematerial (37) kann in beliebigen Anteilen die körnigen und faserigen Produktionsabfälle (19) - (29) des ersten Produktionsbereiches (A) und die körnigen und faserigen Produktionsabfälle (41) des zweiten Produktionsbereiches (B) enthalten. Die abfallfreie Produktion entsteht, weil alle körnigen und faserigen Produktionsabfälle, welche in den beiden Produktionsbereichen (A) und (B) anfallen, zu einem Dämmstoffprodukt (44) im zweiten Produktionsbereich (B) verarbeitet werden können.
Um die Produktion des Dämmstoffproduktes (44) unabhängig von der Menge der anfallenden Produktionsabfälle (19) - (29) des ersten Produktionsbereiches (A) durchführen zu können, wird dem induktiv erhitzten Schmelzofen (38) im zweiten Produktionsbereich (B) mineralisches Einsatzmaterial (35) aufgegeben, wie zum Beispiel Basalt und Dolomit. Damit können veränderlich anfallende Mengen von Produktionsabfällen ausgeglichen und die Produktion des Dämmstoffproduktes (44) im zweiten Produktionsbereich (B) entsprechend der Auslegung des induktiv beheizten Schmelzofens (38) konstant gehalten werden.
Als mineralisches Einsatzmaterial (35) des induktiv beheizten Schmelzofens (38) können auch Mineralwolle-Abfälle verwendet werden, welche ihren Ursprung in keinem der beiden Produktionsbereiche (A) und (B) haben. Zu diesen Abfällen zählen zum Beispiel Produktionsabfälle anderer Hersteller von Dämmstoffprodukten und Verschnitt von Dämmstoffprodukten, welcher im Bausektor anfällt.
Aufgrund der begrenzten Möglichkeiten eines Kupolofens (1), kleinkörniges Einsatzmaterial (2) verarbeiten zu können, soll als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Herstellung eines Dämmstoffproduktes (44) im zweiten Produktionsbereich (B) genannt werden, bei der das dem induktiv erhitzen Schmelzofen (38) aufgegebene Aufgabematerial (37) zu mehr als 40 Gew.-% aus den zerkleinerten Produktionsabfällen (33) des ersten Produktionsbereiches (A) besteht.
Ein weiteres Beispiel für die Verknüpfung der beiden Produktionsbereiche (A) und (B) besteht in der Herstellung des Dämmstoffproduktes (44) im zweiten Produktionsbereich (B) bei alternierender Abfolge von Schmelzen mit einem Anteil von mehr als 40 Gew.-% der zerkleinerten Produktionsabfälle (33) des ersten Produktionsbereiches (A) am Aufgabematerial (37) des induktiv beheizten Schmelzofens (38) und Schmelzen mit weniger als 20 Gew.-% der zerkleinerten Produktionsabfälle (33) des ersten Produktionsbereiches (A) am Aufgabematerial (37) des induktiv beheizten Schmelzofens (38), wobei mit der Festlegung der Dauer der Schmelzen und der Anteile der Produktionsabfälle die Anhäufung von Produktionsabfällen (19) - (29) des ersten Produktionsbereiches (A) über ein vorgegebenes Maß verhindert wird.
Das Potential der Erfindung kann anhand eines induktiv beheizten Schmelzofens (38) im zweiten Produktionsbereich (B) mit einer Jahresleistung von 25.000 t aufgezeigt werden. Bei einer angenommenen durchschnittlichen Abfallmenge von 25 % in jedem der beiden Produktionsbereiche (A) und (B) können 75.000 t/a an mineralischem Einsatzmaterial (2) in Dämmstoffprodukte aus Mineralwolle (30) und (44) transformiert werden, ohne dass die Produktionsabfälle brikettiert, zu den bereits erzeugten Fasern hinzugefügt oder auf eine Deponie verbracht werden müssen. Das Aufgabematerial (37) des induktiv beheizten Schmelzofens (38) besteht in diesem Fall aus 18.750 t/a zerkleinerten
Produktionsabfällen (33) des ersten Produktionsbereiches (A) und 6.250 t/a zerkleinerten
Produktionsabfällen (34) des zweiten Produktionsbereiches (B).
Ergänzt man einen bestehenden ersten Produktionsbereich (A), in dem ein Kupolofen oder ein Lichtbogenofen oder ein gasbefeuerter Schmelzofen (1) mit einer bestimmten Schmelzleistung installiert ist, um einen zweiten Produktionsbereich (B), der einen induktiv beheizten Schmelzofen (38) mit derselben Schmelzleistung aufweist, so kann man die jährliche Produktion von Dämmstoffprodukten verdoppeln und gleichzeitig alle Produktionsabfälle verwerten, so dass eine Brikettierung entfällt und keine Abfälle deponiert werden müssen. Das heißt, eine solche Produktion ist abfallfrei und enthält keine der Verwertung von Produktionsabfällen dienenden Verfahrensschritte, mit denen die Qualität des Dämmstoffproduktes aus Mineralwolle bekannterweise beeinträchtigt wird.
Da die Schmelzleistung eines oder mehrerer Öfen (1) im ersten Produktionsbereich (A) so groß sein kann, dass die Menge der Produktionsabfälle (19) - (29) die praktikable Schmelzleistung eines induktiv beheizten Schmelzofens (1) deutlich übertrifft, sieht eine Ausführung der Erfindung den Einsatz von mehr als einem induktiv beheizten Schmelzofen (38) im zweiten Produktionsbereich (B) vor. Zum Beispiel ist es bei einer Produktion im ersten Produktionsbereich (A) von 300.000 t/a Dämmstoffprodukten (30) mit 60.000 t/a Produktionsabfällen (19) - (29) zweckmäßig, im zweiten Produktionsbereich (B) drei induktiv beheizte Schmelzöfen (38) mit einer Schmelzleistung von jeweils etwa 27.000 t/a zu betreiben, in der Annahme, dass der Anteil der Produktionsabfälle 25 % beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren schließt nicht den Fall aus, dass Produktionsabfälle aus den Kategorien (19) - (29) des ersten Produktionsbereiches (A) nach einem oder mehreren der bekannten Verfahren in den Materialfluß der Produktion des Dämmstoffproduktes (30) in diesem Produktionsbereich zurückgeführt werden. Als Beispiele seien die Erzeugung von Briketts und deren Aufgabe in den Ofen (1) und die Zugabe von zerkleinerten Produktionsabfällen zu den neu erzeugten Fasern im Bereich zwischen der Zentrifuge (7) und dem Fasersammelorgan (8) genannt. Eine solche Verfahrensweise kann vorteilhaft sein, wenn der zweite Produktionsbereich (B) einem bereits bestehenden ersten Produktionsbereich (A) hinzugefügt wird und dabei möglichst geringe Investitionskosten den größtmöglichen Vorteilen des kompletten Verzichts auf die bekannten Verfahren der Rückführung der Produktionsabfälle in den Materialfluß der Produktion vorgezogen werden.
Die unter (40) zusammengefaßten Verfahrensschritte im zweiten Produktionsbereich (B) schließen die Zerfaserung der Schmelze in einer Zerfaserungsvorrichtung und die Erzeugung eines Primärvlieses in einem Fasersammelorgan ein. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Zwecke der Verringerung der Investitionskosten im zweiten Produktionsbereich (B) ein verkleinertes Sortiment an Dämmstoffprodukten (44) und/oder weniger aufwendig herzustellende Dämmstoffprodukte (44) mit weniger Verfahrensschritten als im ersten Produktionsbereich (A) erzeugt werden. Dies können z.B. lose Steinwolle für Stopfanwendungen und Drahtnetzmatten sein.
Die in Fig. 1 dargestellten Verarbeitungsschritte zur Erzeugung einer Schmelze (4) und (39) sowie (7) - (14) und (40) zur Herstellung der Dämmstoffprodukte (30) und (44) setzen gemäß dem bekannten Stand der Technik ein Mindestmaß an Produktionsplanung und Steuerungs- und Automatisierungstechnik voraus. Die Erfindung schließt für die beiden Produktionsbereiche (A) und (B) eine zusammenhängende Produktionsplanung und -Steuerung sowie eine gemeinsame Infrastruktur ein, inbegriffen die Strom- und Medienversorgung, die Automation, die Logistik, die Rohstoffaufbereitung, die Aufbereitung von Produktionsabfällen, die Bindemittelaufbereitung, die Verpackung, die Kommissionierung, die Wartungsund Reparatureinrichtungen.
Für die Erzeugung einer mineralischen Schmelze (39) weist der induktiv beheizte Schmelzofen (38) einen Suszeptor mit mindestens zwei Kanälen auf, durch welche das Aufgabematerial (37) durch die Schwerkraft von einer oberen Aufgabeöffnung zu einer unteren Auslaßöffnung des Schmelzofens transportiert wird und auf diesem Weg erwärmt und aufgeschmolzen wird.
Dem induktiv beheizten, insbesondere ausschließlich induktiv beheizten Schmelzofen (38) wird körniges und faseriges Aufgabematerial (37) mit einer Korn- bzw. Ballengröße kleiner 12 mm aufgegeben und die abgezogene Schmelze mit den bekannten Verarbeitungsschritten (40) zu einem Dämmstoffprodukt (44) verarbeitet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur abfallfreien Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle, bei dem in einem ersten Produktionsbereich (A) mineralisches Einsatzmaterial (2) und Zuschlagstoffe (3) einem Kupolofen oder einem Lichtbogenofen oder einem gasbefeuerten Schmelzofen (1) aufgegeben werden, das Aufgabematerial in diesem Schmelzofen (1) geschmolzen wird, die aus diesem Schmelzofen (1) abgezogene Schmelze (4) in einer Zerfaserungsvorrichtung (7) zerfasert und die erhaltenen Mineralfasern in mehreren Verarbeitungsschritten (8) - (14) zu einem Dämmstoffprodukt (30) verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die körnigen und faserigen Produktionsabfälle (19) - (29), welche beim Lagern und Transport des mineralischen Einsatzmaterials (2) und nach dem Austreten der Schmelze (4) aus diesem Schmelzofen (1), insbesondere bei der Zerfaserung (7) und in den nachfolgenden Verarbeitungsschritten (8) - (14) anfallen, zerkleinert, vermischt und in einem zweiten Produktionsbereich (B) einem induktiv beheizten, insbesondere ausschließlich induktiv beheizten Schmelzofen (38) als Bestandteil (33) des Aufgabematerials (37) aufgegeben werden, die aus dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) abgezogene Schmelze (39) mit den bekannten Verarbeitungsschritten (40) zu einem Dämmstoffprodukt (44) verarbeitet wird, wobei die im zweiten Produktionsbereich (B) in den Verarbeitungsschritten (40) anfallenden körnigen und faserigen Produktionsabfälle dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) als Bestandteil (34) des Aufgabematerials (37) aufgegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Produktionsbereich (A) mehr als einen Kupolofen oder Lichtbogenofen oder gasbefeuerten Schmelzofen (1) aufweist und/oder der zweite Produktionsbereich (B) mehr als einen induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Produktionsbereiche (A) und (B) über eine zusammenhängende Produktionsplanung und -Steuerung und eine gemeinsame Infrastruktur verfügen, inbegriffen die Strom- und Medienversorgung, die Automation, die Logistik, die Rohstoffaufbereitung, die Aufbereitung von Produktionsabfällen, die Bindemittelaufbereitung, die Verpackung, die Kommissionierung, die Wartungs- und Reparatureinrichtungen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass kleinkörniges mineralisches Material, welches beim Lagern und Transport der grobstückigen Rohstoffe (2) entsteht und in einem Kupolofen (1) nicht eingesetzt werden kann, als Produktionsabfall (19) gesammelt und dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerfasern der Schmelze (4) in der Zerfaserungsvorrichtung (7) mit einem Luftstrom (5) die Erzeugung eines Luft-Faser-Stroms umfaßt, der in Richtung eines Fasersammelorgans (8) gerichtet ist, auf oder in welchem die Mineralfasern gesammelt werden, wobei nicht zum Fasersammelorgan (8) gelangende Schmelzperlen (20), Schlacke (21), grobe Fasern und Fasergebilde (22) als Produktionsabfall gesondert von den Mineralfasern gesammelt und dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsschritte zur Verarbeitung der Mineralfasern zu dem Dämmstoffprodukt (30) das Besprühen der Mineralfasern mit einem Bindemittel (6) und das Sammeln der bindemittelgetränkten Mineralfasern auf einem Fasersammelorgan (8) zur Erzeugung eines Primärvlieses umfassen, wobei bindemittelgetränkte Mineralfasern in wässriger Lösung (17) und mit Bindemittel befeuchtete Mineralfasern (24) als Produktionsabfall mit einer Abluft des Fasersammelorgans (5) mitgerissen, aus der Abluft abgeschieden, gesammelt und dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Produktionsabfällen in wässriger Lösung (17) das bindemittelhaltige Wasser (18) in einer Entwässerungsvorrichtung (15) durch ein mechanisches Verfahren bis auf eine Restfeuchte von weniger als 20 % entzogen wird und die entwässerten Produktionsabfälle (23) gesammelt und dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsschritte zur Verarbeitung der Mineralfasern zu dem Dämmstoffprodukt (30) das Besprühen der Mineralfasern mit einem Bindemittel (6) und das Sammeln der bindemittelgetränkten Mineralfasern auf einem Fasersammelorgan (8) zur Erzeugung eines Primärvlieses umfassen, wobei in dem Fasersammelorgan (8) abgelagertes ausgehärtetes Bindemittel (25) entfernt, gesammelt und dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsschritte zur Verarbeitung der Mineralfasern zu dem Dämmstoffprodukt (30) das Aufeinanderschichten mehrerer Lagen des Primärvlieses zur Erzeugung eines Sekundärvlieses in einer Pendeleinheit (9), das Komprimieren des Sekundärvlieses in einer Komprimiereinheit
(10), das Durchlaufen eines Härteofens
(11) zur Erzeugung eines gehärteten Stranges und das Kaschieren mit Aluminiumfolie des gehärteten Stranges in einer Kaschiermaschine
(12) sowie das Besäumen des Ränder des Stranges und das Zusägen auf die gewünschten Abmessungen mit Sägen
(13) umfassen, wobei kaschierter Verschnitt (26), Randabschnitt und Verschnitt (27) sowie Staub (28) als Produktionsabfall anfallen, der gesammelt und dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben werden. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Staub (28), welcher insbesondere beim Besäumen und Zuschneiden des gehärteten Stranges mittels Sägen anfällt, mit wenigstens einem Filter (16) aufgefangen, gesammelt und dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben wird. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsschritte zur Verarbeitung der Mineralfasern zu dem Dämmstoffprodukt (30) die Qualitätskontrolle und das Verpacken des Dämm Stoff Produktes (30) in der Verpackungsstation
(14) umfassen, wobei fehlerhaftes Dämmstoffprodukt (29) anfällt, welches gesammelt und dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben wird. Verfahren nach den Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsabfälle (19) - (29) des ersten Produktionsbereiches (A) in beliebigen Anteilen ausgewählt sind aus kleinkörnigem mineralischem Einsatzmaterial (19), Schmelzperlen (20), Schlacke (21), groben Fasern und Fasergebilden (22), entwässerten Fasern (23), mit Bindemittel befeuchteten Fasern (24), ausgehärtetem Bindemittel (25), kaschiertem Verschnitt (26), Randabschnitt und Verschnittresten (27), Staub (28) und fehlerhaftem Endprodukt (29). Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsabfälle (19) - (29) des ersten Produktionsbereiches (A), deren Korngröße bzw. Ballendurchmesser 12 mm überschreiten, vor der Aufgabe in den induktiv beheizten Schmelzofen (38) in wenigstens einem Zerkleinerungsaggregat (31) auf eine Korngröße bzw. einen Ballendurchmesser von weniger als 12 mm zerkleinert werden. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsabfälle (19) - (29) des ersten Produktionsbereiches (A) vor der Aufgabe in den induktiv beheizten Schmelzofen (38) in wenigstens einer nach dem Prinzip eines Mischsilos arbeitenden Vorrichtung (32) vermischt und als Mischung zerkleinerter Produktionsabfälle (33) zwischengelagert werden.
15. Verfahren nach den Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 14, bei dem in einem zweiten Produktionsbereich (B) in einem induktiv beheizten Schmelzofen (38) eine Schmelze (39) erzeugt und mit den bekannten Verfahrensschritten (40) zu einem Dämmstoffprodukt (44) verarbeitet wird, wobei in den Verfahrensschritten (40) die entsprechenden körnigen und faserigen Produktionsabfälle (41) anfallen, dadurch gekennzeichnet, dass körnigen und faserigen Produktionsabfälle (41) gesammelt, mit wenigstens einer Zerkleinerungsvorrichtung (42) zerkleinert, in wenigstens einem Speicher (43) zwischengelagert und dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) als zerkleinertes Aufgabematerial (34) aufgegeben werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte (40), zumindest die Zerfaserung der Schmelze (39) mit einer Zerfaserungsvorrichtung und das Sammeln der erzeugten Fasern mit einer Fasersammelvorrichtung einschließen.
17. Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte (40) auf solche beschränkt sind, die für die Erzeugung eines einfachen Dämmstoffproduktes wie lose Mineralwolle erforderlich sind.
18. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegebene Aufgabematerial (37) in beliebigen Anteilen ausgewählt ist aus den Produktionsabfällen (33) des ersten Produktionsbereiches (A), den Produktionsabfällen (34) des zweiten Produktionsbereiches (B) und mineralischen Einsatzstoffen (35).
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mineralischen Einsatzstoffstoffe (35) in beliebigen Anteilen ausgewählt sind aus Basalt, Dolomit, Diabas sowie Mineralwolle- Abfällen, welche ihren Ursprung in keinem der beiden Produktionsbereiche (A) und (B) haben.
20. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegebene Aufgabematerial (37) zu mehr als 40 Gew.- % aus den zerkleinerten Produktionsabfällen (33) des ersten Produktionsbereiches (A) besteht.
21. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Dämmstoffproduktes (44) im zweiten Produktionsbereich (B) bei alternierender Abfolge von Schmelzen mit einem Anteil von mehr als 40 Gew.-% der zerkleinerten Produktionsabfälle (33) des ersten Produktionsbereiches (A) am Aufgabematerial (37) des induktiv
22 beheizten Schmelzofens (38) und Schmelzen mit weniger als 20 Gew.-% der zerkleinerten Produktionsabfälle (33) des ersten Produktionsbereiches (A) am Aufgabematerial (37) des induktiv beheizten Schmelzofens (38) erfolgt, wobei mit der Festlegung der Dauer der Schmelzen und der Anteile der Produktionsabfälle die Anhäufung von Produktionsabfällen (19) - (29) des ersten Produktionsbereiches (A) über ein vorgegebenes Maß verhindert wird. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) mineralische Einsatzstoffe (35) und Produktionsabfälle (34) mit einer Korngröße bzw. einem Ballendurchmesser kleiner 12 mm aufgegeben werden. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufgabematerial (37) über wenigstens eine Dosiereinrichtung (36) dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegeben wird. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das dem induktiv beheizten Schmelzofen (38) aufgegebene Aufgabematerial (37) durch die Schwerkraft von einer oberen Aufgabeöffnung zu einer unteren Auslaßöffnung des Schmelzofens (38) durch mindestens zwei Kanäle eines induktiv erwärmten Suszeptors transportiert wird und auf diesem Weg erwärmt und aufgeschmolzen wird und die entstandene Schmelze als kontinuierlicher Strom aus dem Schmelzofen (38) austritt.
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