DE3111544A1

DE3111544A1 - "verfahren zum einfuehren und schmelzen von metallschrott"

Info

Publication number: DE3111544A1
Application number: DE19813111544
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Brian Newburgh Ind. Gorss; Jan Hendrik Ludwin van Allison Park Pa. Linden
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1982-03-25
Also published as: NL8101481A; US4286985A; JPS579843A; AU536625B2; GB2072819B; JPS589128B2; AU6816181A; DE3111544C2; GB2072819A; CA1152751A

Description

V/erfahren zum Einführen und Schmelzen von Meta I !schrott

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Schmelzen von festem Schrottmetall in einem geschmolzenen Sch'melzmittel und insbesondere ein V/erfahren und eine Vorrichtung zum uirksameneren Schmelzen von Schrattmetall und Einführen von Schaummaterial, das dem Mittel und dem Schrott zugeordnet ist.

Es besteht ein hoher Bedarf an dsm Wiedergewinnen (U inumlaufbringen) von Metallschrott, insbesondere von leichtgeuiichtigem Metallschrott, uiie beispielsweise Aluminium. Das Sammeln und üJiederschmelzen von festem Schrottmaterial ist wirksamer als das Herstellen neuen Metalles , Lüeil ein solches Herstellen den Abbau der Ausgangserze und die Behandlung des Erzes umfaßt, um daraus dan MeLnLl

zu gewinnen. Ein besonders nützliches Verfahren in Bezug auf das hJiederschmelzen wan Metallschrott ist ein kontinuierliches Umschmelzverfahren, bei welchem überhitztes geschmolzenes Metall aus einem Heizabteil zu einem Schrattchargierabteil mit Hilfe einer Pumpe zirkuliert uiird, welche in dem Chargierabteil angeordnet ist. Schrottmetall wird dem Chargierabteil aus einer Position oberhalb des Rotors der Pumpe zugeführt. Der Pumpenrotor schafft einen Wirbel des Schmelzmittels in dem Chargierabteil, welcher dazu dient, den Schratt in das Mittel einzuführen und einzutauchen. Ohne ein solches Einführen neigt Metallschrott mit einem großen Verhältnis von ObErfläche zu Gewicht dazu, an der Oberfläche des Schmelzmittels zu schwimmen. Kontinuierlich arbeitende Schmelzverfahren mit Pumpenzuführung sind in den US-PS 3 997 336 und it 128 *t15 erläutert.

Aus der US-PS 3 272 619 ist ein Verfahren beschrieben, bei welcher eine Pumpe verwendet wird, um geschmolzenes Metall aus einem Ofen (welcher das Metall enthält) und /u einer Behälterkonstruktian zu richten. In dem Behälter ist die Metallströmung tangential längs der Seitenwand, so daß das Metall einen Wirbel bildet, wenn essich durch den Behälter iinri aus einem Bodenauslaß abwärts bewegt. Der Behälter und die Pumpe werden durch einen Umkehrmotor und einen Stützrahmen und Gelenk angehoben und abgesenkt, um das zweckmäßige Eintauchen der Pumpe und Behälter aufrechtzuerhalten, wenn die Höhe des geschmolzenen Metalles schwankt. Ein solches Schwanken tritt ein, wenn das Schrottmaterial zu dem Behälter geführt wird und wenn aus dem Ofen Metall entfernt wird. Zusätzlich zeigt diese Veröffentlichung an, daß die Intensität des Wirbels erhöht wird, wenn sich der Behälter in einer angehobenen Lage befindet, so daß Feststoffe in dem Mittel schneller eingetaucht werden, um durch den Bodenauslaß des Behälters zu strömen.

• *
3t!

-5-

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der Schmelzverfahren nach den genannten Patentschriften. Gemäß
der Erfindung uiirri ein V/erfahren zum Einführen und
Schmelzen von Metallschratt in ein Schrnelzsy stern geschaffen, wobei ein geschmolzenes Schmelzmittel verwendet mird, eine Zuführung des Schmelzmittels geschaffen wird, das Schmelzmittel von der Zuführung zu dem
oberen Abschnitt eines Behälters mit einer Aunlaßöffnung in den unteren Abschnitt gerichtet ujird, das Schmelzmittel in den Behälter in einer solchen Weise gerichtet wird, daß ein freier Ulirbel bzw. Strudel riRü Mitteln in den Behälter geschaffen wird, wobtii die rit.riiimmq des Mittels zu dem Behälter in einer Weise aufrechterhalten wird, daß ein vorbestimmtes Niveau des Mittels in dem Behälter geschaffen wird, wenn das Mittel aus dem Behälter durch die Öffnung in den unteren Abschnitt strömt, wobei Metallschrott in den Behälter und das Mittel eingeführt wird
und die Symmetrie des Wirbels in einer solchen Weise zerstört wird, daß das Einführen des Metallschrotts in das Mittel vergrößert wird.

Bei der Erfindung uiird die Symmetrie des freien Wirbels in einer solchen kleise auseinandergerissen, daß die
schwimmenden Feststoffe, die in den Wirbel (von der Dberseite des Behälters) eintreten, schnell in das Mittel
eingetaucht werden und das Metall und die Feststoffe darin geschmolzen werden. Dies wird erreicht durch Schaffung
zweier zusammenwirkender Strömungsmuster in dem Wirbel, die verursachen, daß das Mittel in dem Behälter umgewälzt bzw. umgerollt wird, wobei dieses "Umrollen" der Mechanismus ist, welcher das schnelle Einführen schafft. Die Umwälzwirkung wird später im Detail erläutert.

Das Mittel, welches nun den Schrott enthält, strömt aus der unteren Öffnung des Behälters in ein Schaumabteil

-B-

und dann zu dem Heizabteil. Schaum und andere schwirnmEnrie Fremdpartikel in dem Mittel, welches den Behälter verläßt, werden in dem Schaumabteil aufwärts gerichtet, ωα sie aus dem System gemäß Erfindung entfernt werden.

Das gestörte Turbulenzmuster ist weitgehend wirksamer beim Einführen von schwebendem Metallschrott und auch schwimmendem Schaummaterial als das ungestörte Muster eines freien Wirbels. Das Strömungsmuster eines freien Wirbels ist ursprünglich kreisförmig und symmetrisch und die Mitte des Wirbels ist eng, so daß die schwehenden Feststoffe dazu neigen, mit dem kreisförmigen Muster zu strömen und sich dort aufzuhalten, ohne daß sie in das geschmolzene Mittel eingetaucht werden, das notwendig ist, um eine annehmbare Schmelzgeschwindigkeit zu erreichen.

Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Vorschlages besteht darin, daß kein Pumpenrotor oder Propeller in dem Mischbehälter mit festem Schrott und/oder Fremdmaterial beim Verfahren zum Einführen von Festmaterialien verstopft und/oder beschädigt werden kann. Weiterhin kann die Ausbildung einer Pumpe, die von dem Chargierbereich getrennt ist, optimiert werden, um lediglich flüssiges Metall zu zirkulieren, ohne das Verfahren zum Eintauchen von festem Material zu betreffen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf ein kontinuierliches Schmelzsystem mit der Pumpen- und Behälteranordnung gemäß Erfindung,

Jl·

-7-

Fig. 2 perspektivisch einen Teil der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein V/erfahren zum Entfernen von Schmelze hub dem erfindungsgemäßen System.

In Fig. 1 ist ein kontinuierlich arbeitendes Kreislauf-Schmelzsystem 1D gezeigt. Im System 1D wird geschmolzenes Schmelzmittel (nicht gezeigt) aus einem Heizabteil 12 mittels einer Pumpeneinrichtung mit Abteil 14 zu einer Behältereinrichtung 16 zirkuliert. Schra ttrnptnl lfes ts tnf fe (nicht gezeigt) werden in den Behälter 16 von einer Stelle oberhalb des Behälters zugeführt, um dort einzutauchen und zu schmelzen. Danach uird die Schmelze, die nun geschmolzenes Schratt enthält, zu dem Heizabteil 12 vorzugsweise über ein Schmelz- bzuj. Flußmittelabteil 1Θ zirkuliert, das eine Gelegenheit schafft, um Schaummaterial von dem Schmelzmittel zu entfernen, wie dies oben erwähnt ist. Geschmolzenes Metallprodukt wird von dem System mit einer Geschwindigkeit entfernt, die an die Zuführungsgeschwindigkeit von Schrottmetall zu dem Behälter 16 angepaßt ist und die nachfolgend erläutert wird.

In dem Heizabteil 12 wird das Schmelzmittel auf eint? Temperatur erhitzt, die beträchtlich über der Schmelztemperatur des bei 16 eingetretenen Schrottmetalles liegt, um die latente Wärme zu schaffen, die notwendig ist, um die Charge zu schmelzen. Dies wird im allgemeinen als Überhitzen bezeichnet, d.h. ein Erhitzen wesentlich über den Schmelzpunkt der Schrattcharge, so daß wesentliche Hitze in dem Schmelzverfahren ohne Erstarrung des Schmelzmittels entfernt werden kann, klenn das Schmelzmittel geschmolzenes Aluminium ist, liegt eine zweckmäßige Temperatur des Aluminiums, welches das Heizabteil 12 verläßt,

bei ungefähr 782 bis 816⁰C. Eine typische Temperatur für Aluminium, welches den Behälter 16 verläßt, liegt bei 7D4°C in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit welcher das Chargiermaterial (Schrott) dem System 10 zugeführt wird und von der Geschwindigkeit, mit welcher das geschmolzene Mittel in dem System zirkuliert.

In Fig. 2 ist eine Pumpen- und Behälteranordnung perspektivisch so dargestellt, daß ein Rotor oder Propeller 22 einer Pumpe 14 und die Strömungsdurchgänge innerhalb einer Gehäusekonstruktion 24 gezeigt sind, welche das geschmolzene Mittel in einer zu beschreibenden Weise begrenzen und lichten. Das Gehäuse kann eine einteilige Konstruktion sein, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und aus feuerfestem Material bestehen, oder die Pumpen- und Behälterabschnitte können getrennte Konstruktionen sein, die in Strömungsverbindung über zweckmäßige Leitungs- oder Kanalanordnungen miteinander verbunden sind.

In jedem Fall kann die Pumpe von der Art sein, wie sie in der US-PS 4 128 415 erläutert ist; wenn eine solche Pumpe verwendet wird, werden keine Wirbel erzeugende Flügel angewendet. Wie früher erwähnt ist, braucht die Pumpe 14 lediglich die Fähigkeit, das geschmolzene Mittel in einer wirksamen Weise in Umlauf zu bringen. Die Pumpe nach Fig.2 erhält geschmolzenes Mittel über einen Badeneinlaß 26 (von dem Heizabteil 12) und entwickelt einen Kopf (nicht gezeigt) des Mittels in dem Behälterbereich 28 der Pumpe (und in dem Behälter 16 in einer unten erläuterten Weise), welche den Rotor 22 und eine Antriebswelle 3D einhüllt. In Fig. 1 ist der Einlaßdurchgang 26 als eine Leitung gezeigt, welche die Teile 12 und 14 miteinander in Strömungsverbindung bringt.

Der Rotor der Pumpe, angetrieben von einem zweckmäßigen Motor 32 (Fig. 2) richtet das geschmolzene Mittel in den Behälterbereich 28 der Pumpe zum Behälter 16 über einen ersten Kanal oder Durchgang 36 und über einen zweiten Kanal 38. Der Kanal 36 schneidet die Seite des Behälters tangential, um eine Schlitzöffnung darin bei 37 zu schaffen, während der Kanal 38 die Seite des Behälters im wesentlichen radial und an einer Stelle schneidet, dir? urnf angsmäBi i.j in Abstand von dem ersten Kanal und der Öffnung ist. Zusätzlich schneidet der Kanal 38 nach Fig. 2 den Kanal an einer Stelle zwischen der Pumpe und dem Behälter und in einer Höhe, die unter dem Spiegel oder dem Kopf des geschmolzenen Mittels liegt, der in dem Kanal 36 von der Pumpe 14 aufrechterhalten wird.

liJie weiter in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Querschnitt des ersten Kanals 36 bei 39 reduziert, und zwar stromab von der Pumpe 14 und in der Nähe des tangentialen Einlasses zum Behälter 16. Hierdurch wird eine zweckmäßige Strömung des Mittels durch den Kanal 38 für unten erläuterte Zwecke gewährleistet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist der Behälter 16 mit einem Auslaß 4G in einem unteren Abschnitt der Uland des Behälters versehen, wobei die Idand eine Innenfläche aufweist, die abwärts zu der Öffnung gekrümmt ist.

Der Auslaß kO ist mit dem Abzieh- bzw. Schaumabteil 18 über eine Leitung kZ verbunden, wie dies schematisch in Fig. 1 gezeigt ist. Das Abteil 18 ist seinerseits mit dem Heizabteil 12 über eine Leitung k3 in Fig. 1 verbunden, um den Strömungskreislauf des Systemes 10 zu vervollständigen.

Der Betrieb des Systemes nach Fig. 1 und 2 ist folgendermaßen. Ein geschmolzenes Mittel, das festes Metallschrott schmelzen kann, der dem Behälter 16 zugegeben wird, ist in der Konstruktion des Heizabteils 12 vorgesehen. Ein solches Mittel kann geschmolzenes Salz Dder geschmolzenes Metall sein, wobei das Mittel im Abteil 12 mit Hilfe einer zweckmäßigen Heizeinrichtung erhitzt wird. Die Pumpe 1 if wird von dem Motor 32 in Betrieb gesetzt, um das erhitzte Mittel aus dem Abteil 12 zu ziehen und es zu der Seite des Behälters 1G über die beiden Wege der Kanäle 36 und 38 zu richten. Dies ist in Fig. 2 durch zweckmäßge Pfeile angedeutet. Der Strom des Mittels in dem Behälter 16 über den Kanal 36 und die Schlitzäffnung 37 ist tangential längs der liJand des Behälters, so daß ein freier Wirbel bzw. eine Turbulenz (nicht gezeigt) des Mittels in dem Behälter geschaffen wird; wobei das Mittel, welches von der Wand des Behälters geführt wird, aus dem Behälter über den Auslaß UD unter der Einwirkung der Schwerkraft strömt. Dies ist in Fig. 2 durch einen Pfeil im Badenauslaß kO angedeutet. Die Kapazität der Pumpeist so ausgelegt, daß die Menge des zum Behälter gerichteten geschmolzenen Mittels ausreichend ist, um einen kontinuierlichen Strom des Mittels durch den unteren Aunlaß des Behälters zu schaffen. Der Pumpenauslaß und der Auslaß aus dem Ausgang 40 schaffen einen stetigen bzw .Gleichgewichtsausgang mit einem bestimmten Spiegel bei einer Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Mittels. Das Niveau bzw. der Kopf oder Spiegel uiird einfach durch Änderung des VGn der Pumpe 1*+ gepumpten Volumens des Mittels geändert.

Fester Metallschrott, der in das Mittel in den Behälter 16 eingeführt werden soll, wird dem Dberen Abschnitt des Behälters zugeführt, wie das schematisch in Fig. 2 durch den Pfeil '«5 angerieiltet ist.

Ein Teil des geschmolzenen Mittels, das in dem Hauptkanal 36 aus der Pumpe ^k eintritt, teilt sinn und strömt durch den Kanal 38, um in die Seite dt;s Behälters 16 an einer Stelle im Abstand von 37 und in einer solchen Weise einzutreten, daß es in einer im wesentlichen radialen Richtung direkt in den Einlauf des Strudels des Mediums in 16 mit einer Geschwindigkeit gerichtet wird, die ausreichend ist, um die Kontinuität und Symmetrie des kreisförmigen Strömungsmusters zu unterbrechen oder "auseinanderzureißen", das durch den Strom des Mittels geschaffen ist, welcher in den Behälter durch don Kanal 3F₁ eintritt. Ρΐιτ,π Unterbrechung oder Störung schafft ein Strömungsmuster, bei welchem das Mittel in dem oberen Abschnitt des Wirbels den Teil überrollt, welcher den Aufprall der radial gerichteten Strömung aus dem Kanal 38 empfängt. Diese Umwälzbzw· Überrollwirkung verursacht ein schnelles Eintreten des festen MetallschrDttes in das Mittel, wenn sich der Schrott von dem oberen Abschnitt des Behälters abwärts bewegt.

Der eingegebene Schrott wird somit schnell geschmolzen und verläßt zweckmäßig den Behälter über die untere Öffnung -40. Dem Schrott und/oder Schmelzmittel zugeordnetes Schaummaterial wird ebenfalls schnell in den Wirbel eingegeben und durch die untere Öffnung kO gerichtet. Wegen dieser Fähigkeit sammelt sich Schaum nicht in dem Behälter entweder als feste Ablagerungen an der Wand des Behälters oder in endlos schwebender Weise an. Wie oben angedeutet ist, neigt ohne den Überrolleffekt gemäß Erfindung festes Material dazu, in dem kreisförmigen Weg des Wirbels des geschmolzenen Mittels zu verweilen, wobei es nur langsam in das Mittel eingetaucht und durch die Austrittsöffnung in den Boden des Behälters mit dem Mittel gerichtet wird. Der Überrolleffekt gewährleistet dann einen freien Weg für die Strömung der Schrattpartikel durch

rien Behälter und aus dem Behälter durch die untere Öffnung M].

Aus der unteren Öffnung ^O im Behälter 16 werden Schmelze und Schaum zum Abteil 1B (Fig. 1) gerichtet. Der Schaum wird gesammelt und aus dem Abteil 1S mittels bekannter V/erfahren entfernt, die nicht Teil der Erfindung sind.

Ein zweckmäßiges Verfahren zum Entfernen von Schmelze aus dem System 10 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Erfindung ist selbstverständlich auf das Regenerieren und liJiederinumlaufbringe von Metallschrott gerichtet, und somit wird geschmolzenes Metall in dem System gemäB Erfindung mit einer Geschwindigkeit abgezogen, die der Geschwindigkeit angepaßt ist, mit welcher Schrott dem System zugeführt wird. Das Entfernen kann periodisch oder kontinuierlich sein. Beispielsweise kann ein (nicht gezeigter) Damm neben dem oberen Rand eines UJandabschnittes des Heizabteiles ein kontinuierliches Entfernen won geschmolzenem Metall aus dem System schaffen. In rinr oben erwähnten US-PS ist eine Auslaßöffnung in der iii'i l.iTiiiiufid ιΊπρϋ ΙΙΓι-Misi VfJi¹C]RBRtIRn, um ein perinriiachpn F nt-Iprneri von iichmel/e π us dem Ofen zu erlauben. Gemäß der Erfindung kann die Schmelze ebenfalls periodisch aus dem System durch periodisches Drehen des Systems lediglich um einige wenige Grade um eine Drehachse, beispielsweise um 3° entfernt werden, und zwar lediglich unter minimaler Änderung des Metallniveaus in dem Chargenbehälter. Dies ist am besten in Fig. 3 gezeigt, wo annähernd die Hälfte des Inhalts eines relativ flachen Heizabteiles 12 durch lediglich geringe Aufwärtsdrehung des Abteils und des zugeordneten Pumpen- und Schaumabteils um eine Drehachse X entfernt ist. Die Rotation ist in Fig.3 durch strichpunktiertes Abteil und Pumpenbereich angezeigt. üJenn der Querschni ttstinreich der aus dem Abteil 12 entfernten Schmelze,

uie dies in Fig. 3 schraffiert gEzeigt ist, 2,k m lang und an dEm flacherEr. rechten EndE 0,15 m tief und an dem tiefEren linken Ends 0,3 m tief ist, und wenn das Heizabteil 5,5 m lang ist, beträgt das aus dem Abteil entfernte Metallvolumen 3 m³ (1B χ 3/k χ B = 1_χ08 ft³). Das Metall kann das Abteil und das erfindungsgemäße Sysitem durch eine Öffnung 50 in der LJand des Pumpenbehälters 28 verlassen. PfeilE in Fig. 1 und 3 zeigen das Entfernen des Mittels aus dem System über die Öffnung 50 an. Die? Verlagerung des Metalles in dieser Weise hängt von der Größe und Lage der Anordnung in Bezug auf die Schmenkachse ab.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße System auf einer Stützplattfarm 52 dargestellt. Wenn das System in der Weise nach Fig. 3 gedreht uird, wird die Stütze urn eine Schuenklinie X-X gedreht, uiobei diese Linie längs des rechten Randes der Plattform in der Ansicht nach Fig. 1 verläuft.

Es lassen sich zweckmäßige Änderungen durchführen, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.

Claims

A 1860 AJ Aluminum Company of America ALCOA BUILDING, Pittsburgh, Pennsylvania /V.'Jt.A. Patentansprüche

1. Verfahren zum Einführen und Schmelzen von Metallschrott in einem Schmelzsystem unter Verblendung eines geschmolzenen Schmelzmittels, dadurch gekennzeichnet , daß eine Zuführung an Schmelzmittel geschaffen uird, daß dieses Schmelzmittel van der Zuführung zu dem oberen Abschnitt eines Behälters gerichtet uird, der eine Auslaßöffnung in dem unteren Abschnitt aufweist, daß das Mittel in den Behälter in einer solchen Weise gerichtet uird, daß ein freier Wirbel des Mittels in dem Behälter geschaffen wird, daß die Strömung des Mittels zu dem Behälter in einer Weise aufrechterhalten uird, daß ein vorbestimmten Niveau des Mittels in dem Behälter geschaffen uird, ωεηη das Mittel aus dem Behälter durch die Öffnung in dessen unteren Abschnitt strömt, daß Metallschrott in den Behälter und das Mittel eingeführt uiird und daß die Symmetrie des Wirbels in einer solchen Weise gestört uiird, daß des Einführen des Metal lschrnt.tRs in rim? Mittel i.'rhnht ω i r d .

2. V/erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeführte Metall in dem Behälter geschmolzen ujird und mit dem Mittel zu der Zuführung zurückgeführt wird, ujQbei der in den Behälter eingegebene und geschmolzene Metallschratt sich in dem Schmelzsystem sammelt und daß periodisch das System um eine Drehachse gedreht uird und somit periodisch wenigstens ein Teil des Schmelzmittels abgezogen ujird, das nirjh in dem System angesammelt hat, unter minimaler Änderung des Metallspiegels in dem Behälter.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e π π zeichnet, daß das zu dem Behälter gerichtete Schmelzmittel in zujei Liege unterteilt uiird.

U. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wege die Seite des Behüllern tnnqnntinl schneidet, während der andere Weg im iiiptsnnt] ichßii radinl kreuzt.