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Chargenschmelzen von Aluminium-Legierungsschrott in einem Drehtromme1ofen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Aluminiumschrott nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Das Schmelzen von Aluminiumschrott, besonders von starker kor- rodiertem Altschrott oder Sammelschrott, findet seit gut 50 Jahren vorwiegend in Drehtrommelofen statt, die mit fossilen Brennstoffen befeuert werden. Dabei wird üblicherweise mit dem Schrott in den Drehtrommelofen ein Schmelzsalz zuchargiert. Das flussige Schmelzsalz ist i. d. R. NaCl und KCl mit Zusätzen von Fluoriden, so dass die Schmelztemperatur des Salzgemi- sches unter der des Metalls liegt. Das Schmelzsalz umhüllt die eingetragenen Metallpartikel des Schrotts und schützt diese somit vor dem Oxidieren bzw. Verbrennen. Durch die Brenngase CO ₂ und H ₂ O sowie durch Falschluft liegen jederzeit ausrei-

chende Mengen an grundsatzlich oxidierenden Gaskomponenten im Ofenraum vor. Nur durch den Schutz der Salzzugabe kann eine wirtschaftliche Metallausbeute erzielt werden. Nach dem Schmelzen des Metallinhaltes des Schrotts nimmt das flussige Salzgemisch die Oxidpartikel auf, d.h. das flussige Salz wirkt als Verpackungsmittel für nichtmetallische und nichtfluchtige Schrottkomponenten (NMK) . Das flussige Salz bildet zusammen mit den aufgenommenen NMK-Partikeln die sog. Salzschlacke, die nach dem Metallabstich gesondert aus den Drehtrommelofen abge- stochen wird.

Als gangige metallurgische Schmelzpraxis hat sich in den letzten Dekaden eine bestimmte Reihenfolge der Chargierung ergeben, die in etwa dem folgenden Muster entspricht:

1. Zuerst wird ein Teil oder das gesamte Schmelzsalz in den heißen Ofen chargiert.

2. Nach dem Schmelzen des Salzes wird der Schrott in mehreren Chargen zugegeben und jeweils geschmolzen.

3. Dabei wird die Schrottdosierung und die Temperaturfuh- rung tunlichst so gewählt, dass sich aus Salz und Schrott eine zähflüssige Masse ergibt, die im rotierenden Ofen eine Art Walze bildet, in die hinein gezielt der feinstuckigere Schrott chargiert wird. Hierdurch werden dessen kleine, und wegen der großen Oberflache pro Masse besonders oxidationsgefahrdete Schrottpartikel nach unten gedruckt und so vor der Oxidation durch Brenngase geschützt.

4. Am Ende des Schmelzprozesses trennen sich die beiden erzeugten Flüssigkeiten: Das dünnflüssige Metall sinkt zum Ofenboden, wahrend die entstandene, deutlich hoher vis- kose Salzschlacke auf dem Metallbad schwimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die benotigte Salzmenge zu reduzieren und die Schmelzausbeute zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelost. Weitere vorteilhafte Ausbildungen dieses Verfahrens ergeben sich durch die Merkmale der Unteranspruche .

In Untersuchungen unter unterschiedlichsten Bedingungen an geeigneten Drehtrommelofen hat sich gezeigt, dass die gangige Schmelzpraxis von einer Schutzfunktion des Salzes hinsichtlich der Verhinderung der Metalloxidation ausgeht, die in dem vermuteten Umfang nicht existiert. Die Geschwindigkeit der Oxida- tion des Aluminium-Legierungsmetalls ist eine Funktion der Zeit der Einwirkung von Oxidationsmitteln, der jeweiligen Materialtemperatur, der angebotenen Einwirkungsoberflache sowie dem Aufbau der weiteren Oxidationsfortschritt behindernden O- xidschichten . Insgesamt haben die Untersuchungen ergeben, dass die faktische Oxidationsgeschwindigkeit der eingesetzten Schrotte weit geringer ist als bislang vermutet und die Zugabe von Schmelzsalz vor dem Schrott keine nennenswerte Auswirkung auf die Metallausbeute aufweist.

Bislang wurde das Schmelzen von Aluminium-Schrott als ein che- misch-metallurgischer Prozess erachtet. Es hat sich aber gezeigt, dass das Schmelzen von Aluminium-Schrott als ein vorwiegend physikalisches Aufbereitungsverfahren anzusehen ist, bei dem lediglich feste und flussige Materialien von einander getrennt werden. Entsprechend wird beim Schrottschmelzen bei Temperaturen unter 800 °C nur der Metallinhalt verflüssigt, wogegen die verschiedenen oxidisch-keramischen Nichtmetallverbindungen im festen Zustand verbleiben und meist auf dem Metall aufschwimmen. Diese Feststoffpartikel bilden ein poröses Haufwerk, in dessen Hohlräume dünnflüssiges Metall durch Ka- pillarwirkung eindringt. Solche Feststoff-Metall Agglomerationen werden als Kratze bezeichnet und enthalten bis zu 80 Gewichtsprozent eingeschlossenes Metall.

Geschmolzenes, d.h. flussiges Salz zeigt gegenüber den Fest- stoffpartikeln im Gegensatz zu flussigem Metall eine hohe Be-

netzung, weswegen die Feststoffe mit dem flussigen Salz eine Suspension bilden, die auf dem Metallbad schwimmt. Das dadurch freigelegte, vorher eingeschlossene Metall vereinigt sich mit dem Metallbad. Die entstandene Suspension wird gemeinhin als Salzschlacke bezeichnet und enthalt nur wenige Gewichtsprozent an Metall.

Dementsprechend und erfindungsgemaß wird das Salz erst nach abgeschlossenem Schrottschmelzen zugegeben. Erst zu diesem Zeitpunkt schwimmen alle Feststoffpartikel auf dem Metallbad als Kratze auf, und das zugegebene und geschmolzene Salz kann jetzt die Feststoffpartikel der formierten Kratze aufnehmen, wodurch der Metallinhalt der Kratze noch im Ofen zurückgewonnen wird.

Das umgekehrte Chargenschmelzen zeigt deutliche technische und wirtschaftliche Vorteile:

• Die Ofenreisezeit je Zyklus wird verkürzt

• Der Salzbedarf verringert sich

• Der Anfall an Salzschlacke verringert sich in gleicher Weise

• Die Schmelzausbeute erhöht sich

• Die Chargierkapazitat für Schrott je Ofenreise erhöht sich

• Die Schmelzkosten verringern sich.

Die Diagramme zeigen den Ablauf eines herkömmlichen Chargen- schmelzens (Fig. 1) unter Zugabe von Schmelzsalz sowie das er- findungsgemaße Verfahren (Fig. 2), bei dem erst nach dem Schmelzen des überwiegenden Aluminiumschrotts das Salz zur Bildung der Suspension und Salzschlacke zugeführt wird.

Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Diagramme, die verschiedene Betriebsphasen eines 20t Drehtrommelofens über die Zeit eines vollen Ofenzyklus, im Fachjargon auch Ofenreise genannt, wiedergeben, wobei für beide Diagramme angenommen wurde, dass ein identischer Schrott in der gleichen Menge geschmolzen und von Verunreinigungen getrennt werden soll.

Beim konventionellen Chargenschmelzen (Fig. 1) wird zunächst in einer ersten Charge das Schmelzsalz vorgelegt und geschmolzen. Danach werden schrittweise z. B. 9 Chargen Schrott zuge- geben und bis zu einem teigigen Zustand geschmolzen. Da Salz ein thermischer Isolator ist, wirkt sich die frühe Zugabe des Salzes negativ auf den Wärmeübergang vom Ofen und dem bereits geschmolzenen Schrott auf noch nicht geschmolzenen Schrott aus. Aufgrund der relativ langsamen Schmelzgeschwindigkeit kann erst nach einer Zeit von ca. 3 Stunden mit dem Entleeren des Ofens begonnen werden.

Das Diagramm gem. Fig. 2 zeigt, dass durch die spate Zugabe des Salzes eine höhere Schmelzgeschwindigkeit erzielt wird, so dass bereits nach ca. 2,8 Stunden mit dem Entleeren des Ofens begonnen werden kann, wodurch die Ofenreise um ca. 7% verkürzt ist.

Die Linien zeigen die Pegelstande der jeweiligen Anteile im Drehtrommelofen an.

Im Falle des konventionellen Chargenschmelzens wurden 3t Salz und 17t Schrott eingesetzt und mit einem Metallbrand von 3% sowie einem Metallgehalt in der Salzschlacke von 8,5% gerechnet .

Beim erfindungsgemaßen Verfahren konnte der Schrottanteil auf 17,1t erhöht werden, da lediglich nur 2,9t Salz zugegeben wer- den müssen, die ausreichen, das auf dem Metallbad aufschwimmende Oxid einzubinden und eine homogene Schlacke zu bilden. Hierdurch kann mit einem leicht auf 8% verringerten Metallgehalt in der Salzschlacke gerechnet werden.

Beim konventionellen Schmelzen ergibt sich in der Regel eine Schmelzausbeute von ca. 82,3%, wohingegen beim erfindungsgema- ßen Schmelzen (umgekehrtes Chargenschmelzen) eine Metallausbeute von 82,5% erzielbar ist.

Die Diagramme geben keine präzisen Betriebsablaufe wieder, sonder dienen lediglich zur Kenntlichmachung der Unterschiede zwischen dem erfindungsgemaßen Verfahren und dem herkömmlichen Chargenschmelzen von Aluminiumschrott.

Alternativ kann eine geringe Menge, z. B. 1-20%, des gesamten Schmelzsalzes wahrend oder vor dem ersten Einbringen des Aluminiumschrottes mit in den Ofen eingebracht werden. Hierdurch verschlechtert sich das erfindungsgemaße Verfahren nicht oder nur unwesentlich.