STRATMANN, Carsten (Schraudolphstrasse 5, München, 80799, DE)
BELTE, Markus (Husener Strasse 87A, Paderborn, 33098, DE)
STRATMANN, Carsten (Schraudolphstrasse 5, München, 80799, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Wiedergewinnen von Metallen oder Metalllegierungen aus Schrottmaterialien, die höherschmelzende Stoffe, insbesondere weitere Metalle oder deren Legierungen, enthalten, wobei das Schrottmaterial über den Schmelzpunkt des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung hinaus erhitzt und die gebildete Schmelze von den höherschmelzenden Stoffen getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrottmaterial a) in einer ersten Stufe vollständig auf eine konstante Temperatur Tpw vorgewärmt wird, die unter dem Schmelzpunkt Tmp des wiederzugwinnenden Metalls oder seiner Legierung liegt, und b) anschließend in einer zweiten Stufe auf einem Schmelzrost schnellstmöglich auf eine Temperatur Tm erhitzt wird, die um die Temperaturdifferenz X über dem Schmelzpunkt T„,p des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung und unterhalb des Schmelzpunkts der höherschmelzenden Stoffe liegt, sowie die gebildete Schmelze unter Zurücklassung der nicht verflüssigten höherschmelzenden Stoffe auf dem Schmelzrost durch diesen hindurch abfließt. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Temperatur Tpw um 3 bis 400C unter dem Schmelzpunkt Tn^, des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung liegt. 3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Temperatur Tpw um 10 bis 35°C unter dem Schmelzpunkt Tn^, liegt. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz X im Bereich von 10 bis 1500C liegt. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz X 100 bis 1200C beträgt. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe die Temperatur T1n, um mindestens 500C unter dem Schmelzpunkt der höherschmelzenden Stoffe liegt. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe die Erhöhung der Termperatur Tpw um die Differenz X auf die Temperatur Tm, in einer Zeit von 2 s bis 15 min erfolgt. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrottmaterial eingesetzt wird, das eine Aluminiumlegierung enthält. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung die Legierung AlSi7Mg oder AlSiIOMg ist. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrottmaterial eingesetzt wird, das aus der Herstellung von Kraftfahrzeugteilen stammt . 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugteile Leichtmetallfelgen sind. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung wiedergewonnen wird, das bzw. die einen Eisengehalt von <0,15 Gew% aufweist. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass es als Teil eines Recycling-Prozesses durchgeführt wird. 14. Metall oder Metalllegierung, dadurch gekennzeichnet, dass es bzw. sie durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt worden ist. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiedergewinnen von Metallen oder Metalllegierungen aus Schrottmaterialien, die höherschmelzende Stoffe, insbesondere weitere Metalle oder deren Legierungen, enthalten, wobei das Schrottmaterial über den Schmelzpunkt des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung hinaus erhitzt und die gebildete Schmelze von den höherschmelzenden Stoffen getrennt wird.
Schrottmaterialien mit einem Gehalt an höherschmelzenden Stoffen fallen in vielen Bereichen an, z.B. bei der Ver- schrottung von Kraftfahrzeugen, die Motorblöcke mit Zylinderlaufbuchsen aus Stahl, Leichtmetallfelgen mit Stahlbuchsen oder Karosseriebauteile mit Gewindeschraubeinsätzen, aufweisen, oder von Luftfahrzeugen, Haushaltsgeräten oder Dosen und sonstigen Behältern mit Stahlverschlüssen. Wegen der zunehmenden RohstoffVerknappung und der Notwendigkeit, die Umwelt möglichst wenig mit Abfallstoffen zu belasten, ist es sehr erwünscht, zumindest einen Teil der in den Schrottmaterialien enthaltenen Komponenten wiederzugewinnen.
Derartige Verfahren sind bereits bekannt. Beispielsweise wird in einem kontinuierlichen Verfahren zum Wiedergewinnen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in einem Schmelz- tiegel das aluminiumhaltige Schrottmaterial so weit erhitzt, dass das Aluminium oder die Aluminiumlegierung aufschmilzt. Die höherschmelzenden Stoffe, wie weitere Metalle, z. B. Stahl und Kupfer, sowie Keramikteile, sinken in der Schmelze auf den Boden des Schmelztiegels und bleiben dort bis die Schmelze abgeführt wird. Der lange Zeitraum des Kontakts zwischen der Schmelze und den höherschmelzenden Stoffen führt naturgemäß zu einem erheblichen Anläsen dieser Stoffe durch das geschmolzene Aluminiummaterial. Die Folge ist eine wesentliche Verunreinigung der Schmelze mit Anteilen der höherschmelzenden Stoffe, wie Eisen und Kupfer. Beispielsweise steigt hierdurch der Eisengehalt der Aluminiumschmelze auf 0,2 bis 2,0 Gew%. Ein daraus hergestelltes Gussbauteil hat deshalb schlechte mechanische Kennwerte, z. B. eine niedrige Bruchdehnung, sowie eine geringe Korrosionsbeständigkeit . Somit entsteht bei dem bekannten Verfahren nur ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung mit minderer Qualität. Diese schließt den weiteren Einsatz auf verschiedenen Gebieten, oft sogar eine Rückführung in den gleichen Herstellungsprozess, aus dem das Schrottmaterial stammt, aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem Metalle oder Metalllegierungen aus Schrottmaterialien, die höherschmelzende Stoffe, insbesondere weitere Metalle oder deren Legierungen, enthalten, auf einfache Weise wiedergewonnen werden können und die erhaltenen Materialien von so großer Reinheit sind, dass sie ohne weitere Reinigungsschritte wieder zum Gießen hochwertiger Formteile eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Verfahren, bei dem das Schrottmaterial über den Schmelzpunkt des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung hinaus erhitzt und die gebildete Schmelze von den höher- schmelzenden Stoffen getrennt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schrottmaterial a) in einer ersten Stufe vollständig auf eine konstante Temperatur T pw vorgewärmt wird, die unter dem Schmelzpunkt T mp des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung liegt, und
b) anschließend in einer zweiten Stufe auf einem Schmelzrost schnellstmöglich auf eine Temperatur T 11n erhitzt wird, die um die Temperaturdifferenz X über dem Schmelzpunkt T mp des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung und unterhalb des Schmelzpunkts der hόherschmelzenden Stoffe liegt, sowie die gebildete Schmelze unter Zurücklassung der nicht verflüssigten höherschmelzenden Stoffe auf dem Schmelzrost durch diesen hindurch abfließt .
Das erfindungsgemäße Verfahren hat vor allem die wesentlichen Vorteile, dass es einfach durchführbar ist und in relativ kurzer Zeit zu einer sehr sauberen Schmelze führt, die praktisch frei von Verunreinigungen durch Anteile aus den höherschmelzenden Stoffen ist. Aus dieser Schmelze wird dann ein hochwertiger Werkstoff für jede Art von weiterer Verwendung erhalten. Somit entfallen zusätzliche zeit- und kostenintensive Reinigungsoperationen für das wiedergewonnene Metall oder seine Legierung.
Es ist zweckmäßig, dass bei dem Verfahren in der ersten Stufe die Temperatur T pw um 3 bis 40 0 C, vorzugsweise um 10 bis 35°C, unter dem Schmelzpunkt T mp des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung liegt. Dieser Schmelzpunkt liegt beispielsweise im Bereich von etwa 570 bis etwa 670 0 C. Er beträgt für Aluminium 660 0 C und für Magnesium 650 0 C. Es kommen auch weitere wiederzugewinnende Metalle in - A -
Betracht, z.B. Blei und Zink mit Schmelzpunkten von 327 0 C bzw. 419°C.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Temperaturdifferenz X, um die in der zweiten Verfahrensstufe die Temperatur des Schrottmaterials erhöht wird, 10 bis 150 0 C, insbesondere 100 bis 120 0 C, beträgt. Mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität der Schmelze und ihre Trennung von den hoherschmelzenden Stoffen erfolgt deutlich schneller. Die Temperatur T m , auf die das Schrottmaterial in der zweiten Verfahrensstufe erhitzt wird, liegt vorzugsweise um mindestens 50 0 C unter dem Schmelzpunkt der höherschmelzenden Stoffe.
Erfindungswesentlich ist auch, dass in der zweiten Stufe die Erhöhung der Temperatur T pm um die Differenz X auf die Temperatur T ™ schnellstmöglich, d.h. vorzugsweise in einer Zeit von 2 s bis 15 min, insbesondere von 5 s bis 5 min, erfolgt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dadurch die aus dem Schrottmaterial wiederzugewinnende Komponente schlagartig schmilzt und sehr rasch durch den Schmelzrost hindurch, auf dem das Schrottmaterial erhitzt worden ist, abfließt. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass so der Zeitraum des Kontakts zwischen der ablaufenden Schmelze und den nicht verflüssigten höherschmelzenden Stoffen stark verkürzt wird. Es besteht dann aus Zeitmangel praktisch keine Möglichkeit, dass die Schmelze die höherschmelzenden Stoffe anlöst und durch sie verunreinigt wird. Das Ergebnis ist ein reines Verfahrensprodukt, das beispielsweise den von der Automobil-Spezifikation geforderten Eisengehalt von <0,15 Gew% erfüllt und deshalb sehr gute mechanische Kennwerte aufweist sowie zusätzlich sehr korrosionsstabil ist. Eine vielseitige Weiterverwendbarkeit dieses Produkts für hochwertige Gießformteile ist daher sichergestellt.
Besonders wertvoll ist das erfindungsgemäße Verfahren bei seiner Anwendung auf verbrauchte oder zerstörte Kraftfahrzeugteile. Diesem Bereich kommt wegen der dort anfallenden enormen Schrottmengen eine herausragende Bedeutung zu, und zwar sowohl wegen der zu vermeidenden Umweltbelastung als auch der weltweiten Verknappung und der entsprechenden Verteuerung der einschlägigen Rohstoffe, z. B. des Aluminiums und seiner Legierungen.
Vor diesem Hintergrund wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise auf Aluminiumlegierungen aus dem Kraftfahr- zeugbereich, z.B. auf Schrott aus den bekannten Legierungen AlSi7Mg und AlSiIOMg, angewandt.
Bei der Herstellung von Leichtmetallfelgen für Kraftfahrzeuge aus Aluminiumlegierungen im Niederdruckkokillenguss werden sogenannte Angusssiebe aus höherschmelzenden Metallen eingesetzt. Die Siebe verhindern, dass während der Gießphase grobe Verunreinigungen in die Leichtmetallschmelze eindringen, und optimieren das Fließverhalten der Schmelze beim Befüllen der Kokille. Nach dem Erstarren der gegossenen Felgen werden die genannten Angüsse mit den Metallsieben ausgestanzt oder ausgebohrt. Der entstehende Abfall stellt ein minderwertiges Schrottmaterial dar, das nicht mehr für die Felgenherstellung geeignet ist.
Im Gegensatz dazu ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren problemlos, das Schrottmaterial aus der Herstellung von Leichtmetallfelgen aufzuarbeiten und die wiedergewonnene Aluminiumkomponente ohne zusätzliche Reinigungsschritte erneut der Felgenproduktion zuzuführen. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren sehr vorteilhaft auch als Teil eines Recycling-Prozesses durchgeführt werden .
Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel erläutert.
Beispiel
In einer ersten Stufe wurden in einem ersten Luftumwälzofen 150 kg Schrottmaterial aus der Herstellung von Leichtmetallfelgen, gleichmäßig und vollständig auf eine Temperatur T pw von 575°C vorgewärmt. Das Schrottmaterial bestand im Wesentlichen aus Angüssen aus der Aluminiumlegierung AlSi7Mg mit einem Schmelzpunkt T mp von 590 0 C und darin enthaltenen Angusssieben aus Eisen.
Anschließend wurde in einer zweiten Stufe das Schrottmaterial rasch auf den Schmelzrost in einem zweiten, auf 750 0 C vorgewärmten Luftumwälzofen überführt. Dort wurde dann die Temperatur des Schrottmaterials zusätzlich mittels eines Gasimpulsbrenners während eines Zeitraumes von 15 s über den Schmelzpunkt T„vp der Aluminiumlegierung hinaus gleichfalls auf die Temperatur T n , von 750 0 C erhöht. Dadurch verflüssigte sich die Aluminiumlegierung schlagartig und floss durch den Schmelzrost in die darunter befindliche Auffangwanne. Die höherschmelzenden Angusssiebe aus Eisen blieben vollständig auf dem Rost zurück.
Eine Überprüfung der wiedergewonnenen Aluminiumlegierung ergab einen Eisengehalt von <0,15 Gew%, so dass sie der Leichtmetallfelgenproduktion direkt wieder zugeführt werden konnte .
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