DE102015011067B4 - Process for briquetting powdery alloy surcharges in steel, foundry and non-ferrous metallurgy with the help of fiber-containing structure formers and a briquette - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Brikettierung von fein- und feinstkörnigen metallhaltigen Legierungszuschlägen der Stahl-, Gießerei- bzw. NE-Metallurgie, gekennzeichnet dadurch, dass den als Legierungszuschlag zu verarbeitenden fein- und feinstkörnigen metallhaltigen Abfällen vor der Brikettierung als Strukturbildner und Kohlenstoffträger ein C-faserhaltiges Produkt oder Abprodukt so zugemischt wird, dass eine mechanische Verfestigung der Briketts bei einem geringen Bindemittelanteil auf die vorgegebene Zielfestigkeit möglich ist, wobei der Anteil an Bindemittel in der Mischung kleiner gleich 10 Gewichtsprozent beträgt, wobei als C-faserhaltiges Produkt oder Abprodukt sortenreine Produktionsabfälle aus der Verarbeitung von C-Fasern oder CF-Geweben oder auch CF-Monostrukturen mit CF-Gehalten von 90 - 100 % und / oder als C- faserhaltige Abprodukte Produktionsabfälle bzw. Abprodukte aus der mechanischen Aufbereitung von C-faserverstärkten Kunststoffen (CFK) mit CF-Gehalten von 35 - 65 % und Matrixkunststoffgehalten von 35 - 65 % verwendet werden, wobei die extrem wärmebeständigen C-Fasern gleichzeitig ein verzögert verfügbares Depot für die Aufkohlung der Schmelze darstellen.Process for the briquetting of fine and very fine-grained metal-containing alloy surcharges in steel, foundry and non-ferrous metallurgy, characterized in that the fine and very fine-grained metal-containing wastes to be processed as an alloy surcharge before the briquetting as a structuring agent and carbon carrier are a C-fiber-containing product or Waste product is mixed in such a way that the briquettes can be mechanically solidified with a low proportion of binder to the specified target strength, the proportion of binder in the mixture being less than or equal to 10% by weight, whereby as a C-fiber-containing product or waste product, pure production waste from the processing of C fibers or CF fabrics or CF monostructures with CF contents of 90 - 100% and / or as waste products containing C fibers Production waste or waste products from the mechanical processing of C fiber reinforced plastics (CFRP) with CF contents of 35 - 65% and matrix plastic ff content of 35 - 65% can be used, whereby the extremely heat-resistant C-fibers also represent a delayed depot for the carburization of the melt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Merkmalen des Oberbegriffes des ersten Patentanspruches und ein Brikett.The invention relates to a method according to the features of the preamble of the first claim and a briquette.
Die Erfindung ist einsetzbar zur stofflichen Verwertung faserhaltiger Abprodukte aus der Produktion von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und Leichtbauteilen sowie dem Recycling, z.B. vorzugsweise von Kohlefaser (CF) - haltigen Filterstäuben und Produktionsabfällen (CF-Verschnitten) sowie Minderqualitäten aus der Aufbereitung CF-haltiger Leichtbauelemente der Luftfahrt, der Elektromobilität bzw. des Bauwesens, wobei vorrangig die für einen Wiedereinsatz in CF-verstärkten Kunststoffen (CFK) ungeeigneten Faserproduktqualitäten den verschiedenen fein- und feinstkörnigen Legierungszuschlägen der Stahl-, Gießerei- und NE-Metallurgie zugemischt werden, um deren rein mechanische Brikettierbarkeit und gleichzeitig die Verfügbarkeit des Kohlenstoffs in der Schmelze maßgeblich zu verbessern.The invention can be used for the material recycling of fiber-containing waste products from the production of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and lightweight components as well as recycling, e.g. Preferably from carbon fiber (CF) -containing filter dusts and production waste (CF-blends) as well as inferior qualities from the reprocessing of CF-containing lightweight components in aviation, electromobility or construction, whereby primarily those that are unsuitable for re-use in CF-reinforced plastics (CFRP) Fiber product qualities are mixed with the various fine-grain and fine-grain alloy additives in steel, foundry and non-ferrous metallurgy in order to significantly improve their purely mechanical briquetting ability and at the same time the availability of carbon in the melt.
Zum Recycling der Kohlefasern (CF) und CF-haltigen Kunststoffe (CFK) sind einige wenige Verfahren und technischen Lösungen bekannt. Diese dienen aktuell ausschließlich der Rückgewinnung von qualitativ hochwertigen C-Langfaserprodukten zum Zwecke des Wiedereinsatzes in CFK, wobei hochpreisige CF-Neuware substituiert werden soll. Im Rahmen dieses CFK-Recyclings lassen sich, getrieben von den Produktionsabfallmengen einiger Großverbraucher wie Luftfahrt und Fahrzeugbau zwei grundsätzliche Verfahrensweisen unterscheiden:
- a) Die CF-Rückgewinnung mittels thermischer Prozesse (Pyrolyse) ist aktueller technischer Stand, wobei die thermisch extrem stabilen Kohlefasern durch die Pyrolyse schonend vom meist duromeren Matrixwerkstoff befreit werden. Eine geschickte Prozessführung zum Erhalt der Schlichte sowie die nachfolgende schonende mechanische Behandlung bzw. Waschung mit Lösungsmitteln garantieren höchste C-Langfaserqualitäten definierbarer Faserlänge und frei von Matrixanhaftungen.
- b) Die CF-Rückgewinnung mittels mechanischer Aufbereitung ist aktuell Gegenstand mehrerer FuE-Projekte, wobei der schonende CF-Aufschluss durch eine mehrstufige, gezielte Beanspruchung der CFK in ausgewählten Zerkleinerungsmaschinen im Wechsel mit Klassier- und Sortierprozessen herbei geführt werden soll.
- a) CF recovery by means of thermal processes (pyrolysis) is state of the art, whereby the thermally extremely stable carbon fibers are carefully freed from the mostly duromeric matrix material by pyrolysis. A skilful process control to obtain the size and the subsequent gentle mechanical treatment or washing with solvents guarantee the highest C long fiber qualities of definable fiber length and free of matrix buildup.
- b) CF recovery by means of mechanical processing is currently the subject of several R&D projects, whereby the gentle CF digestion is to be brought about by a multi-stage, targeted stressing of the CFRP in selected shredding machines in alternation with classification and sorting processes.
Als Hauptnachteil der thermischen Prozesse werden in der Literatur insbesondere der vergleichsweise hohe Energiebedarf und die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Materialbereitstellung angeführt. Problematisch ist weiterhin, dass es Schwierigkeiten gibt, die Auswirkungen auf die Produktqualität zu kompensieren, die sich aus der schwankenden Zusammensetzung der CFK-Aufgabegüter aus dem Abfallbereich ergeben. Besonders vorteilhaft erscheint neben der vergleichsweise hohen Produktqualität insbesondere der technische Reifegrad der Pyrolyseanlagen mit einem kontinuierlichen Durchsatz im Tonnenmaßstab.The main disadvantage of thermal processes in the literature is the comparatively high energy requirement and the need for continuous material supply. Another problem is that there are difficulties in compensating for the effects on product quality that result from the fluctuating composition of CFRP feedstock from the waste area. In addition to the comparatively high product quality, the technical level of maturity of the pyrolysis plants with continuous throughput on a ton scale appears to be particularly advantageous.
Die energetischen Nachteile der Pyrolyse können bei rein mechanischer Aufbereitung der CFK nur teilweise kompensiert werden. Insbesondere erfolgt eine fortschreitende Verkürzung der Faserlängen nach jeder Zerkleinerungsstufe sowie deren Anfall als Längenverteilung. Will man qualitativ hochwertige CF-Produkte mit definierten Faserlängen erzeugen, ergeben sich daraus zusätzliche Sortierprobleme, wobei größere Mengen an Restverbunden, d.h. von mit Matrixwerkstoff verunreinigten CF als Abprodukte anfallen.The energetic disadvantages of pyrolysis can only be partially compensated for with purely mechanical processing of CFRP. In particular, there is a progressive shortening of the fiber lengths after each size reduction and their accumulation as a length distribution. If you want to produce high-quality CF products with defined fiber lengths, this results in additional sorting problems, with larger quantities of residual composites, i.e. of CF contaminated with matrix material are obtained as waste products.
Diese Produkte können nicht stofflich verwertet, sondern müssen kostenpflichtig entsorgt werden. Die CF-Entsorgung, z.B. im Rahmen einer Hochtemperaturverbrennung, dürfte die Wirtschaftlichkeit der mechanischen Aufbereitung massiv belasten. Darüber hinaus mindert der thermische Entsorgungsweg die angestrebte stoffliche Verwertungsquote (Vorgabe It. Altfahrzeug-Verordnung: 85%+10% thermisch) insbesondere bei den modernen E-Fahrzeugen mit hohen Masseanteilen an CFK-Bauelementen deutlich.These products cannot be recycled, but must be disposed of at a charge. CF disposal, e.g. in the context of high-temperature combustion, the economy of mechanical processing is likely to have a massive impact. In addition, the thermal disposal route significantly reduces the desired material recycling rate (stipulation in the It. End-of-life vehicle regulation: 85% + 10% thermal), particularly in modern e-vehicles with a high proportion of CFRP components.
Voraussetzung für die Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben ist deshalb eine alternative Lösungsvariante, die einen eindeutigen stofflicher Verwertungsstatus hat und als Senke für größere Mengen CF-haltiger Abprodukte dienen kann. Dieser Status ist garantiert, wenn es gelingt, den Kohlenstoff der C-Fasern nicht nur thermisch zu nutzen, sondern als Substitut für primäre C-Ressourcen, z.B. Koks, einzusetzen. Eine solche aussichtsreiche Möglichkeit bietet der Einsatz CF-haltiger Produkte in der Stahl-, Gießerei- bzw. NE-Metallurgie, wobei diese als Strukturbildner bzw. Bindemittel bei der Brikettierung feiner und feinster (pulverförmiger) Legierungszuschläge dienen und gleichzeitig die Zugabe von großen Koksmengen reduzieren helfen.The prerequisite for compliance with the legal requirements is therefore an alternative solution variant that has a clear material recycling status and can serve as a sink for larger quantities of CF-containing waste products. This status is guaranteed if it is possible to use the carbon of the C fibers not only thermally, but as a substitute for primary C resources, e.g. Coke. The use of CF-containing products in steel, foundry and non-ferrous metallurgy offers such a promising possibility, whereby they serve as structure formers or binders for briquetting fine and finest (powdery) alloy surcharges and at the same time reduce the addition of large amounts of coke help.
Im Rahmen der Oberflächenbeschichtung durch PVD-Prozesse, z.B. zum Zwecke des Verschleißschutzes, fallen u.a. große Mengen an fein- und feinstkörnigen metallhaltigen Abprodukten an, die als Legierungszuschläge in der Stahl-, Gießerei- und NE-Metallurgie eingesetzt werden. Um einen verlustfreien Einsatz als Legierungszuschlag gewährleisten zu können, müssen die Stäube entsprechend agglomeriert, d.h. brikettiert werden. Auf Grund der Feinheit der Ausgangsstoffe ist eine rein mechanische Brikettierung auf der Basis von Adhäsionskräften jedoch meist nicht möglich, weshalb in der Regel auf chemische Bindemittel zurückgegriffen werden muss, um die erforderlichen Grünfestigkeiten der Briketts zu erreichen. Derartige Bindemittel, z.B. Zement, Wasserglas u.a., sind kostenintensiv, können umweltgefährdend sein und bergen z.T. eine Reihe gesundheitlicher Gefährdungspotentiale. Darüber hinaus gehen ihre Komponenten im Rahmen der metallurgischen Prozesse teilweise in die Gasphase über, erschweren die Abgasreinigung und erhöhen den Schlackenanteil z.T. erheblich.As part of the surface coating using PVD processes, for example for the purpose of wear protection, large quantities of fine-grained and fine-grained metal-containing waste products are produced, which are considered Alloy surcharges are used in steel, foundry and non-ferrous metallurgy. In order to ensure loss-free use as an alloy surcharge, the dusts must be agglomerated accordingly, ie briquetted. However, due to the fineness of the raw materials, purely mechanical briquetting based on adhesive forces is usually not possible, which is why chemical binders usually have to be used to achieve the required green strength of the briquettes. Such binders, for example cement, water glass, etc., are cost-intensive, can be environmentally hazardous and in some cases harbor a number of health risks. In addition, some of their components go into the gas phase as part of the metallurgical processes, make exhaust gas cleaning more difficult and in some cases significantly increase the amount of slag.
Die Zugabe von pulverförmigen Legierungszuschlägen in der Stahl-, Gießerei- und NE-Metallurgie erfolgt in der Regel über speziell geformte Agglomerate, Presslinge oder Pellets, die im Weiteren als Briketts bezeichnet werden.Powdered alloy surcharges in steel, foundry and non-ferrous metallurgy are usually added using specially shaped agglomerates, pellets or pellets, hereinafter referred to as briquettes.
Derartige Briketts und Verfahren zu ihrer Herstellung sind seit langem bekannt.Such briquettes and processes for their production have long been known.
Briketts, mit denen Zuschlagstoffe in eine Schmelze eingebracht werden, müssen aber geeignet sein, diese Zuschlagstoffe bei hohen Temperaturen möglichst langsam an die Schmelze abzugeben, sich also möglichst langsam aufzulösen.Briquettes with which additives are introduced into a melt must, however, be suitable for releasing these additives to the melt as slowly as possible at high temperatures, that is to say that they dissolve as slowly as possible.
Ähnliche Lösungen sind aus
Die genannten Verfahren und nach diesen Verfahren hergestellten Briketts weisen den Nachteil auf, dass zu ihrer Herstellung ein Rohstoff wie Papier benötigt wird, wobei die Briketts bei Temperaturen über 800 Grad Celsius zu schnell zerfallen und die Zuschlagstoffe zu schnell an die Schmelze abgeben.The processes mentioned and briquettes produced by these processes have the disadvantage that a raw material such as paper is required for their production, the briquettes disintegrating too quickly at temperatures above 800 degrees Celsius and the additives giving off to the melt too quickly.
In
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu entwickeln, mit dem ein Brikett von hoher Temperaturbeständigkeit herstellbar ist, das sich in einer Schmelze bei hohen Temperaturen > 1.200 °C nur langsam auflöst, wobei das strukturbildende Hilfsmittel gleichzeitig den metallurgischen Effekt der Aufkohlung absichert und kein Wertstoff wie Papier oder Pappe Anwendung findet. Weiterhin soll der Bindemittelanteil reduziert werden. It is therefore an object of the invention to develop a method with which a briquette of high temperature resistance can be produced, which dissolves only slowly in a melt at high temperatures> 1200 ° C., the structure-forming aid simultaneously securing the metallurgical effect of the carburization and none Recyclable material such as paper or cardboard is used. The proportion of binder should also be reduced.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patenanspruches und ein Brikett nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 9 ff. gelöst.This object is achieved by a method according to the characterizing features of the first patent claim and a briquette according to the characterizing features of claim 9 ff.
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.Subclaims give advantageous refinements of the invention.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein Verfahren zur Brikettierung von fein- und feinstkörnigen Legierungszuschlägen der Stahl-, Gießerei- bzw. NE-Metallurgie vor, bei dem den als Legierungszuschlag zu verarbeitenden metallhaltigen Stäuben vor der Brikettierung C-faserhaltige Abprodukte definierter Fasergehalte und Fasereigenschaften als Strukturbildner und Kohlenstoffträger so zugemischt werden, dass eine mechanische Verfestigung der Briketts auf die vorgegebene Zielfestigkeit unter reduziertem Bindemitteleinsatz möglich ist und der für die Aufkohlung der Schmelze erforderliche Kohlenstoff vergleichsweise spät zur Verfügung steht.The solution according to the invention provides a method for briquetting fine and very fine-grained alloy aggregates in steel, foundry and non-ferrous metallurgy, in which the metal-containing dusts to be processed as alloy aggregates, before briquetting, contain C-fiber-containing waste products of defined fiber contents and fiber properties as structure formers and Carbon carriers are mixed in such a way that the briquettes can be mechanically solidified to the specified target strength with reduced use of binders and the carbon required for carburizing the melt is available comparatively late.
Vorteilhaft ist es für das Mischen von Legierungszuschlägen und C-faserhaltigen Abprodukten einen Zwangsmischer einzusetzen, beispielsweise einen Intensivmischer vom Typ EIRICH/Hardheim oder Gebrüder Lödige/Paderborn.It is advantageous to use a compulsory mixer, for example an intensive mixer of the EIRICH / Hardheim type or Gebrüder Lödige / Paderborn, for mixing alloy additives and carbon fiber-containing waste products.
Als Qualitätsparameter für die Brikettqualität wird allgemein die Grünfestigkeit nach der Brikettierung verwendet, wobei in der Fachliteratur Festigkeiten von ca. 5 MPa als Minimalwert gelten. Ein weiterer Parameter für die Brikettqualität ist die so genannte Heißdruckfestigkeit, die die Abriebfestigkeit nach einer thermischen Behandlung der Briketts bei 400°C, 750°C und 1.100°C darstellt. Beide Qualitätsparameter werden als Maß für die Qualität des erfindungsgemäßen Briketts herangezogen.The green strength after briquetting is generally used as the quality parameter for the briquette quality, with strengths of about 5 MPa being the minimum value in the specialist literature. Another parameter for the briquette quality is the so-called hot pressure resistance, which represents the abrasion resistance after thermal treatment of the briquettes at 400 ° C, 750 ° C and 1,100 ° C. Both quality parameters are used as a measure of the quality of the briquette according to the invention.
Als Legierungszuschläge sind vorzugsweise fein- und feinstkörnige metallhaltige Abprodukte aus einer Vielzahl von Prozessen der Metallurgie (z.B. Abfälle der Legierungszuschlagaufbereitung), Metallverarbeitung (z.B. Filterstäube, HSS-Stäube, Stäube/ Schlämme der Waferproduktion, der Oberflächenbeschichtung bzw. des Verschleißschutzes) und der chemischen Industrie denkbar. Das können z.B. Fe-Stäube aus der Pyrolyse, Chrom-, Vanadium-, Mangan-/Silico-Mangan-Stäube aus der Aufbereitung von Legierungszuschlägen, Ferrosilizium- (FeSi), Ferrochrom-, Ferromangan-, Korund oder Nickelstäube sein, denen man C-faserhaltige Anteile als Strukturbildner und wärmebeständigen, spät verfügbaren Kohlenstoffträger zumischt.Alloy surcharges are preferably fine-grained and fine-grained metal-containing waste products from a variety of processes in metallurgy (e.g. waste from alloy surcharge processing), metal processing (e.g. filter dusts, HSS dusts, dusts / sludges from wafer production, surface coating or wear protection) and the chemical industry conceivable. This can e.g. Fe dusts from pyrolysis, chromium, vanadium, manganese / silico-manganese dusts from the processing of alloy surcharges, ferrosilicon (FeSi), ferrochromium, ferromanganese, corundum or nickel dusts, which contain carbon fiber components as a structuring agent and heat-resistant, late available carbon carrier.
Wichtig ist es, einen konstanten CF-Gehalt in einem Brikett einzuhalten, um ständig gleiche Eigenschaften des Briketts in der Schmelze zu gewährleisten. Deshalb ist es erforderlich, C- faserhaltige Abprodukte in Abhängigkeit von ihrem C- Gehalt zu den Zuschlagstoffen zu dosieren.It is important to maintain a constant CF content in a briquette in order to ensure that the briquette always has the same properties in the melt. It is therefore necessary to dose waste products containing C fibers depending on their C content to the additives.
Unter C-faserhaltigen Abprodukten definierter Fasergehalte und Fasereigenschaften sind erfindungsgemäß die folgenden Produkte besonders geeignet, die unterschiedliche CF-Gehalte aufweisen, was bei der Mischung zu einem Brikett zu berücksichtigen ist:
- a) Sortenreine Produktionsabfälle aus der Verarbeitung von C-Fasern (z.B. Rovings) bzw. CF-Geweben u.a. CF-Monostrukturen mit CF-Gehalten von 90 - 100 %
- b) Produktionsabfälle bzw. Abprodukte der mechanischen Aufbereitung von C-faserverstärkten Kunststoffen (CFK) mit CF-Gehalten von 35 - 65 % und Matrixkunststoffgehalten von 35 - 65 % sowie vorzugsweise
- c) Schwach C-faserhaltige Abprodukte der CFK-Be- und Verarbeitung und der mechanischen Aufbereitung von C-faserverstärkten Kunststoffen, z.B. von Filterstäuben mit CF-Gehalten von < 35 % und variierenden Gehalten an zusätzlichen Mischungskomponenten wie z.B. Kunststoffen, Metallen und Metalloxiden.
- a) Single-variety production waste from processing C fibers (e.g. rovings) or CF fabrics, including CF monostructures with CF contents of 90 - 100%
- b) Production waste or waste products from mechanical processing of C-fiber reinforced plastics (CFRP) with CF contents of 35-65% and matrix plastic contents of 35-65% and preferably
- c) Weak C-fiber-containing waste products from CFRP machining and processing and mechanical processing of C-fiber reinforced plastics, e.g. filter dust with CF contents of <35% and varying contents of additional mixture components such as plastics, metals and metal oxides.
Selbstverständlich sind von der Erfindung auch weitere CFK-haltige oder C-faserhaltige Produkte und Abprodukte erfasst, die als Strukturbildner und Kohlenstoffträger den Zuschlagstoffen so zugemischt werden können, dass ein Brikett mit den genannten Eigenschaften entstehen kann.Of course, the invention also covers other CFRP-containing or C-fiber-containing products and by-products which can be added to the additives as structure formers and carbon carriers in such a way that a briquette with the properties mentioned can be formed.
Die C-faserhaltigen oder CFK-haltigen Produkte müssen auch nicht zwangsläufig Abprodukte darstellen.Products containing carbon fiber or CFRP do not necessarily have to be waste products either.
Die genannten Angaben in Prozent können sowohl Gewichts- als auch Masseanteile darstellen. The stated percentages can represent both parts by weight and mass.
Es sind beispielsweise C-faserhaltige Aufbereitungsprodukte aus dem Recycling CFK-haltiger Strukturen und Bauelemente geeignet. Dies können Bauelemente des modernen Fahrzeugbaus und des Bauwesens sein, die entsprechend aufbereitet und dosiert werden.C-fiber-containing processing products from the recycling of CFRP-containing structures and components are suitable, for example. These can be components of modern vehicle construction and construction, which are prepared and dosed accordingly.
Weiterhin sind diesbezüglich qualitativ geringwertige C-Kurzfaserprodukte mit Faserlängen < 2-5 mm, vorzugsweise < 1 mm, sowie CFK-Produktqualitäten mit hohen Restverbundanteilen oder Gehalten an frei vorliegenden duroplastischen Matrix-Werkstoffen, z.B. ausgehärtetem Epoxidharz, sowie anderen, auch metallischen, Verunreinigungen geeignet.Furthermore, low-quality C-short fiber products with fiber lengths <2-5 mm, preferably <1 mm, as well as CFRP product qualities with high residual composite content or contents of freely available thermosetting matrix materials, e.g. hardened epoxy resin, as well as other, also metallic, contaminants.
Durch den Einsatz von thermisch extrem widerstandsfähigen Kohlefasern als Strukturbildner für die Brikettierung der Legierungszuschläge bleiben die Briketts in der Schmelze länger stabil, wobei die Legierungszuschläge langsamer in den metallurgischen Prozess eingebracht werden, was deren Wirksamkeit deutlich verbessert.Through the use of extremely thermally resistant carbon fibers as structure formers for the briquetting of the alloy surcharges, the briquettes remain stable in the melt longer, the alloy surcharges being introduced into the metallurgical process more slowly, which significantly improves their effectiveness.
Nach dem Mischen der Legierungszuschläge mit den C-faserhaltigen Abprodukten und ggf. dem Bindemittel wird die Mischung brikettiert. Das kann in bekannter Weise in einer Brikettpresse wie z.B. einer Stempelpresse erfolgen. Dabei ist es vorteilhaft, die Mischung bei einer Temperatur von 20 bis 80 Grad Celsius, vorzugsweise bei ca. 30°C, zu pressen. Weiterhin ist es vorteilhaft, mit einem Pressdruck von 60 bis 190 MPa, vorzugsweise 160 MPa, zu brikettieren.After the alloy surcharges have been mixed with the C-fiber-containing waste products and possibly the binder, the mixture is briquetted. This can be done in a known manner in a briquette press, e.g. a stamp press. It is advantageous to press the mixture at a temperature of 20 to 80 degrees Celsius, preferably at about 30 ° C. It is also advantageous to briquette with a pressure of 60 to 190 MPa, preferably 160 MPa.
Hierbei werden ausgeprägt faserförmige Kohlenstoffpartikel in die weitestgehend kubischen Partikelschüttungen der Legierungszuschläge eingebettet, wobei die Grün- bzw. Heißdruckfestigkeit der metallurgischen Briketts stark erhöht wird.Here, pronounced fibrous carbon particles are embedded in the largely cubic particle beds of the alloy surcharges, the green and hot pressure strength of the metallurgical briquettes being greatly increased.
Als Faserzuschläge können weiterhin Filterstäube der mechanischen CFK-Bearbeitung, der Entstaubung von CFK-Recyclinganlagen sowie minderwertige Produktqualitäten der CFK-Aufbereitung wie z.B. fraktionierte CFK-Zerkleinerungsprodukte eingesetzt werden.Filter dusts from mechanical CFRP processing, the dedusting of CFRP recycling systems and inferior product qualities from CFRP processing such as e.g. fractionated CFRP shredding products are used.
Bevorzugt werden vorsortierte C-Faserprodukte mit großen Masseanteilen an Restverbunden (C-Faser/Epoxidharz), mit Faserlängen unter den Einsatzgrenzen einer stofflichen Wiederverwertung in CFK (z.B. < 2-8 mm Länge bei < 1 - 4 mm Durchmesser) sowie schwach C-faserhaltige Produkte mit CF-Gehalten < 35 %, wie z.B. Komponenten aus der Shredderleichtfraktion bei denen die Faserabtrennung technisch zu aufwendig bzw. nicht möglich ist.Pre-sorted C-fiber products with large mass fractions of residual composites (C-fiber / epoxy resin), with fiber lengths below the limits of material recycling in CFRP (e.g. <2-8 mm length with <1 - 4 mm diameter) and low-carbon fiber are preferred Products with CF contents <35%, e.g. Components from the light shredder fraction where fiber separation is technically too complex or not possible.
Die Masseanteile der in die Mischung eingebrachten Legierungszuschläge können bei Verwendung von Abprodukten mit CF-Gehalten > 35 % (s. Abprodukte a, b) zwischen 50 und 99 Prozent, vorzugsweise zwischen 75 und 93 Prozent liegen. Der genaue Anteil hängt von den verwendeten Legierungszuschlägen und den C-Fasergehalten der C-faserhaltigen Produkte ab.The mass fractions of the alloy surcharges introduced into the mixture can be between 50 and 99 percent, preferably between 75 and 93 percent, when waste products with CF contents> 35% (see waste products a, b) are used. The exact proportion depends on the alloy surcharges used and the C-fiber content of the C-fiber-containing products.
Der Masseanteil der C-faserhaltigen Abprodukte liegt dem entsprechend zwischen 1 und 50 Prozent, vorzugsweise zwischen 3 und 18 Prozent.The mass fraction of the waste products containing C fibers is accordingly between 1 and 50 percent, preferably between 3 and 18 percent.
Bei Verwendung von Abprodukten mit CF-Gehalten deutlich < 35 % (s. Abprodukte c) muss deren Masseanteil zur Einhaltung des erforderlichen CF-Gehaltes in den Briketts entsprechend angehoben werden, wobei der genaue Anteil von den verwendeten Legierungszuschlägen und den C-Fasergehalten der z.B. C-faserhaltigen Filterstäube abhängt. Infolge dessen kann der Masseanteil der in die Mischung einbringbaren Legierungszuschläge auf < 50% sinken.If waste products with CF contents significantly <35% (see waste products c) are used, their mass fraction must be increased accordingly in order to maintain the required CF content in the briquettes, the exact proportion depending on the alloy surcharges used and the C-fiber contents of e.g. C-fiber-containing filter dust depends. As a result, the mass fraction of the alloy surcharges that can be introduced into the mixture can drop to <50%.
Als Bindemittel kann in bekannter Weise Wasserglas oder/und Zement oder/und Stärke Anwendung finden. Der Anteil des Bindemittels ist allerdings nur gering und sollte nur noch zwischen 1 und 8 Prozent vorzugsweise zwischen 2 und 5 Prozent liegen.Water glass or / and cement or / and starch can be used as binders in a known manner. However, the proportion of the binder is only small and should only be between 1 and 8 percent, preferably between 2 and 5 percent.
Durch den Einsatz von C-Faserprodukten zur Herstellung der genannten Briketts wird nicht nur deren Temperaturbeständigkeit erhöht und die Verfügbarkeit des Kohlenstoffs zur Aufkohlung der Schmelze verbessert, sondern gleichzeitig für die stoffliche Verwertung von CF-haltigen Kunststoffen gesorgt.The use of C-fiber products for the production of the briquettes mentioned not only increases their temperature resistance and improves the availability of the carbon for carburizing the melt, but also ensures that CF-containing plastics are recycled.
Weiterhin wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der Anteil des Bindemittels verringert.Furthermore, the proportion of the binder is reduced by the inventive method.
Der Nutzen der Erfindung besteht weiterhin darin, dass mit hohem Kostenaufwand zu entsorgende C-faserhaltige Abfälle zu industriell verwertbaren, marktfähigen Produkten in Form von Briketts metallurgischer Zuschlagstoffe veredelt werden können, wobei sich für die Abfalllieferanten die Entsorgungskosten verringern und für die Briketthersteller zusätzliche Verkaufserlöse ergeben. The benefit of the invention is furthermore that C-fiber-containing waste that is to be disposed of at high cost can be refined into industrially usable, marketable products in the form of briquettes of metallurgical additives, the disposal costs being reduced for the waste suppliers and additional sales revenues being generated for the briquette manufacturers.
Im Folgenden wird die Erfindung an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using three exemplary embodiments.
Die Ausführungsbeispiele zeigen, wie unterschiedliche C-faserhaltige Abprodukte wie diese unter den Buchstaben a) bis c) genannt sind, für das Herstellen von Briketts so eingesetzt werden, dass ein möglichst konstanter C- Gehalt im Brikett erreicht wird, das heißt, C- faserhaltige Abprodukte mit einem geringen C-Faseranteil wie schwach C-faserhaltige Abprodukte, müssen in großer Menge eingesetzt werden, C- faserhaltige Abprodukte mit hohem C- Faseranteil, wie sortenreine Produktionsabfälle, werden mit einem geringerem Massenanteil eingesetzt, so dass ein höherer Anteil an Zuschlagstoffen zu mischbar ist.The exemplary embodiments show how different C-fiber-containing waste products such as those mentioned under letters a) to c) are used for the production of briquettes in such a way that the C-content in the briquette is as constant as possible, that is to say C-fiber-containing Waste products with a low C-fiber content, such as low C-fiber-containing waste products, have to be used in large quantities, C-fiber-containing waste products with a high C-fiber content, such as pure production waste, are used with a lower mass fraction, so that a higher proportion of additives is miscible.
Beispiel 1:Example 1:
In Vorbereitung der Brikettierung werden die in der Tabelle 1 aufgeführten Komponenten mit den beschriebenen Körnungsparametern und dem genannten Masseanteil mittels eines Intensivmischers, z.B. Typ EIRICH/Hardheim oder Gebrüder Lödige/Paderborn, homogen vermischt.In preparation for the briquetting, the components listed in Table 1 with the grain size parameters described and the mass fraction mentioned are mixed using an intensive mixer, e.g. Type EIRICH / Hardheim or Gebrüder Lödige / Paderborn, homogeneously mixed.
Als C-faserhaltiges Abprodukt wird in diesem Beispiel ein sortenreiner Produktionsabfall entsprechend dem Fall a) eingesetzt.
Die Mischung wird anschließend bei einer Temperatur von ca. 50°C und mit einem Pressdruck von 160 MPa brikettiert. Durch die Verwendung von vorzerkleinerten reinen Kohlefasern, z.B. aus der CFK-Herstellung bzw. Verarbeitung als Brikettierhilfsmittel verdoppelt bzw. verdreifacht sich die Heißdruckfestigkeit der so gewonnenen metallurgischen Briketts auf Werte zwischen 20 - 30 MPa.The mixture is then briquetted at a temperature of approximately 50 ° C. and with a pressing pressure of 160 MPa. Through the use of pre-shredded pure carbon fibers, e.g. from CFRP production or processing as a briquetting aid, the hot pressure strength of the metallurgical briquettes obtained in this way doubles or triples to values between 20 and 30 MPa.
Beispiel 2:Example 2:
In Vorbereitung der Brikettierung werden die in der Tabelle 2 aufgeführten Komponenten mittels eines Intensivmischers, z.B. Typ EIRICH/Hardheim oder Gebrüder Lödige/Paderborn, homogen vermischt.In preparation for briquetting, the components listed in Table 2 are mixed using an intensive mixer, e.g. Type EIRICH / Hardheim or Gebrüder Lödige / Paderborn, homogeneously mixed.
Eingesetzt wird nach diesem Beispiel ein Produktionsabfall bzw. ein Abprodukt der mechanischen Aufbereitung von CFK entsprechend dem Fall b).
Die Mischung wird anschließend bei einer Temperatur von ca. 50°C und mit einem Pressdruck von 160 MPa brikettiert. Durch die Verwendung von vorzerkleinerten C-faserverstärkten Kunststoffen z.B. aus der Aufbereitung von Leichtbauelementen des modernen Fahrzeugbaus als Brikettierhilfsmittel verdoppelt bzw. verdreifacht sich die Heißdruckfestigkeit der so gewonnenen metallurgischen Briketts auf Werte zwischen 20 - 30 MPa. Beispiel 3:
- In Vorbereitung der Brikettierung werden die in der Tabelle 3 aufgeführten Komponenten mittels eines Intensivmischers, z.B. Typ EIRICH/Hardheim oder Gebrüder Lödige/Paderborn, homogen vermischt.
- In preparation for briquetting, the components listed in Table 3 are mixed homogeneously using an intensive mixer, eg type EIRICH / Hardheim or Gebrüder Lödige / Paderborn.
Eingesetzt wird in diesem Beispiel ein schwach C-faserhaltiges Abprodukt entsprechend dem Fall c)
Die Mischung wird anschließend bei einer Temperatur von ca. 50°C und mit einem Pressdruck von 160 MPa brikettiert. Durch die Verwendung von C-faserhaltigen Filterstäuben, z.B. aus der CFK-Bearbeitung bzw. -Aufbereitung als Brikettierhilfsmittel verdoppelt bzw. verdreifacht sich die Heißdruckfestigkeit der so gewonnenen metallurgischen Briketts auf Werte zwischen 20 - 30 MPa.The mixture is then briquetted at a temperature of approximately 50 ° C. and with a pressing pressure of 160 MPa. Through the use of filter dust containing C fibers, e.g. CFRP processing or processing as a briquetting aid doubles or triples the hot pressure strength of the metallurgical briquettes thus obtained to values between 20-30 MPa.
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