DE3004906A1

DE3004906A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzen von metallen, insbesondere von leicht- schwer- und edelmetallen, sowie deren legierungen

Info

Publication number: DE3004906A1
Application number: DE19803004906
Authority: DE
Inventors: Josef 7030 Böblingen Zeug sen.
Original assignee: ZEUG JUN SEPP; ZEUG SEN JOSEF; Zeug Jun Sepp 7030 Boeblingen; ZEUG SEN
Current assignee: Ffs Feuerfeste Systeme Holding Ag Niederurnen Ch
Priority date: 1980-02-09
Filing date: 1980-02-09
Publication date: 1981-08-20
Also published as: YU191680A; DD155433A5; US4466827A; YU40780B; FR2475706B1; BE884983A; JPS56113982A; SU1063296A3; RO82076B; RO82076A; FR2475706A1; DE3004906C2; PL228662A1; CS221282B2; ATA503380A; HU178902B; US4378105A; PL124677B1; CH653367A5; AT384296B

Description

HANS HERMANN ^ ο η η / Q η R

ν Patentanwalt Q U U H Ό U D

Heidewinkel 8
D-8520 Buckenhof
Telefon 09131/51206

Anmelder;

Josef Zeug sen. und Sepp Zeug jun,

Nachtigallenweg 13

7030 Böblingen-Tannenberg

Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen, insbesondere von Leicht- Schwer- und Edelmetallen, sowie deren Legierungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen^ insbesondere von Leicht- Schwer- und Edelmetallen, sowie deren Legierungen, in Tiegeln oder Wannen, die durch Verbrennung von flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoffen und durch deren Abgase erwärmt werden.

Zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades sind bereits die verschiedensten Vorschläge unterbreitet worden. So ist beispielsweise durch die DE-PS 444 535 ein Tiegelschmelzofen für Metallgießereien mit einem von den Ofenabgasen durchströmten Vorschmelzer offenbart worden. Derartige Öfen sind insofern nachteilig, ale sich die von den Ofenabgasen mitgeführten Schmutzteilchen auf dem vorzuwärmenden Metall absetzen, was beim Nachsetzen von Gut zu einer erheblichen Verschmutzung und Gasdurchsetzung des Schmelzbades führt. Man hat diese Übelstände gemäß der DE-AS 12 10 132 durch eine indirekt beheizte Vorwärmkammer zu beheben versucht, d.h. daß die zur Erwärmung der

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Schrottstücke dienende Vorwärmkammer durch einen gasdichten Zwischenboden von den Abgaszügen getrennt ist.

Wenn hierdurch auch die obengenannten Nachteile bezüglich der Zuführung von Schmutzteilchen auf das vorzuwärmende Metall beseitigt wurden, so kann der thermische Wirkungsgrad infolge der verhältnismäßig geringen Wärmeleitfähigkeit des Zwischenbodens weder erhöht, noch voll ausgeschöpft werden, zumal die Erhitzung des Schmelzgutes lediglich von einer Seite ( von unten ) her erfolgt und eine Wärmeübertragung besonders durch Strahlung¹ ( von oben ) nur ungenügend ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Angabe eines Verfahrens und in der Schaffung einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, die es ermöglichen, Ausdampfungen, Überhitzungen und Verschmutzungen der erzeugten Metallschmelzen völlig zu verhindern und einen Schmelzvorgang mit über dem gesamten Tiegelmantel gleichmäßiger Temperaturverteilung bei sparsamstem Brennstoffverbrauch und somit einem Höchstmaß an thermischem Wirkungsgrad zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird dies bei dem Verfahren und der Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen, insbesondere von Leicht- Schwer- und Edelmetallen, sowie deren Legierungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2 durch die jeweils im Kennzeichen erfaßten Merkmale erreicht.

Bei der Lösung dieser Aufgabe ergaben sich erfindungsgemäß weitere konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung, die in den Unteransprüchen erfaßt sind»

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Das Verfahren zum Schmelzen von Metallen gemäß der Erfindung zeichnet sich darüber hinaus den bekannten Verfahren gegenüber noch dadurch vorteilhaft aus, daß die in die Tiegel der Schmelzkammer eingesetzten Metallteile mit den Ofenabgasen nicht in Berührung kommen und in relativ kurzer Zeit restlos niedergeschmolzen werden. Unterstützt wird dieser Vorgang durch die Ausführung der Schmelzkammerinnenwände aus einer aus hochwärmespeicherndem Material, z.B. Magnesit, bestehenden Schicht, welche gegen den umgebenden Außenraum durch reichliche und sorgfältige Wärmeisolierung gegen Wärmeverluste geschützt ist. Die Schmelze kann anschließend entweder dem Schmelzofen zugeführt, oder aber aus den Schmelzkammertiegeln direkt vergossen werden. Beim Verbringen der Schmelze in den mit Barren und Masseln beschickten Tiegel des Schmelzofens werden die zuvor zwischen Tiegelwand und Metall vorhandenen Lufträume mit flüssigem Metall ausgefüllt und dadurch der Wärmeübergang verbessert und die Gesamtschmelzzeit verkürzt. Außerdem bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, kleinere Chargen verschiedener Legierungen aus der Schmelzkammer gleichzeitig gesondert zu verarbeiten.

Die Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen gemäß der Erfindung zeichnet sich darüber hinaus den bekannten Vorrichtungen gegenüber noch dadurch vorteilhaft aus, daß diese auch an bereits bestehende Schmelzanlagen ohne besondere technische Schwierigkeiten und großen finanziellen Aufwand angebaut werden können.

Im Bereich der nachgeschalteten Schmelzkammer ist infolge der abgeschlossenen Verbrennung der Rest-

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sauerstoffgehalt wesentlich niedriger als im Schmelzofen«, Überdies liegt die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase gegenüber der des Schmelzofens niedriger. Beides hat zur Folge, daß die Standzeit der Tiegel in der Schmelzkammer ein Mehrfaches der Standzeit der Tiegel im Schmelzofen erreichen kann.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, bei dem als Wärmequelle ein Ölbrenner verwendet wird_o

Fig. 1 zeigt im Schnitt und in Ansicht eine ¹ schematische Darstellung der erfin— dungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 eine solche in Draufsicht gemäß der Schnittlinie I-X

Der mit Hilfe eines Ölbrenners 1 betriebene Schmelzofen 2 ist gemäß Fig. 1 und 2 mit einem Tiegel 3 ausgerüstet, der das zu schmelzende Metall, z.B. Aluminium, aufgenommen hat„ Als Abdeckung für den Schmelzofen und den Tiegel dient der Deckel 4. Die mit 5 bezeichneten Heizgase des Ölbrenners 1 werden tangential in den Brennraum 6 geleitet, umkreisen dort den Tiegel 3 und werden dann durch den Abgaskanal 7 mit dem Querschnitt F₁ und anschließend durch die Schmelzkammer 8 mit dem Querschnitt Fp zum Schornstein geleitet«,

Um zu bewirken, daß die Abgase den verhältnismäßig großen Querschnitt der Schmelzkammer 8 so bestreichen, daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt wird, können Eeitelemente 10 vorgesehen werdenο

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Zur Regelung des Schornsteinzuges ist in an sich bekannter Weise am Schornsteineingang ein Schieber 11 vorgesehen, der beispielsweise an seinem unteren Ende eine Sicherheitsöffnung 12 aufweist, die den Abzug der Abgase im Unterdruckbereich sicherstellt. Der Schieber 11 dient gleichzeitig auch dazu, eine gewisse Stauwirkung für die Abgase zu erzielen, damit diese ausreichend Gelegenheit haben, die in ihnen noch enthaltene Wärmemenge an die Umgebung abzuführen. Die Regelung des Schiebers 11 kann von Hand oder in an eich bekannter Weise durch einen Antrieb erfolgen.

Wenn der Ölbrenner 1 bei erreichter Gießtemperatur der Schmelzflüssigkeit durch eine übliche Steuerung abgeschaltet wird, ist es mit Rücksicht auf die Höhe des thermischen Wirkungsgrades vorteilhaft, wenn im Schornstein 9 ein weiterer Schieber 13 angebracht wird, der keinen Sicherheitsschlitz besitzt und lediglich dafür sorgt, daß die gespeicherte Wärme nicht durch den natürlichen Schornsteinzug ins Freie gelangt. Der Schieber 13 und der Ölbrenner 1 sind gegenseitig verriegelt, damit der Ölbrenner 1 nur dann eingeschaltet werden kann, wenn der Schieber 13 geöffnet ist. Die Verriegelungsschaltung ist schematisch durch die gestrichelt gezeichnete Linie 13a dargestellte

In der Zeichnung sind in der Schmelzkammer 8 drei Tiegel 14, 15 und 16 dargestellt, wobei die beiden Tiegel 14 und 15 - in Längsrichtung des Ofens gesehen - zu beiden Seiten der Ofenlängsachse angeordnet sind und der dem Schieber 11 zugewandte Tiegel im Bereich der Ofenlängsachse steht»

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Um einen für den Schmelzvorgang gewünschten hohen Wärmespeicherwert zu erhalten und um die Behinderung des am Ofen arbeitenden Bedienungspersonals, beispielsweise durch austretende Abgase, zu verhindern, ist es erforderlich, den Schieber so einzuregeln, dai3 - je nach Art des eingebauten Brennersystems - die Geschwindigkeit der im Abgaskanal 7 austretenden Abgase - durch Vergrößerung des freien Schmelzkammerquerschnittes F„ um etwa das 8 bis 12-fache - reduziert wird.

Damit - außer beim Kaltstart - ein absoluter Ausbrand des zugeführten Brennstoffes gewährleistet werdeh kann, werden die in die Schmelzkammer 8 noch gelangenden unverbrannten Kohlenwasserstoffteilchen an dieser Stelle völlig aufgespalten und mit Hilfe der gespeicherten Wärmemenge ausgebrannt» Zum Ausgleich von Druckschwankungen beim Kaltstart wird eine Durchlaßöffnung 18 im Abgaskanal 7 vorgesehen, deren Querschnitt in einfachster Form, beispielsweise durch Verschieben eines Abdecksteines 19 entsprechend eingestellt werden kann.

Zur vollen Ausstattung des Schmelzkammerraumes mit den abstrahlenden Flächen W ist es vorteilhaft, in der Schmelzkammer 8 zusätzliche wärmeabstrahlende Elemente 20 aus hochwärmespeichernden Werkstoffen, Z₀B. Magnesit, vorzusehen.

Versuche haben gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung auch in Verbindung mit der bisher üblichen druck- und temperaturabhängigen Steuerung der gesamten Ofenanlage bei gleichem Brennstoffverbrauch eine beträchtliche Erhöhung der Schmelz-

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leistung erbracht werden kann, so daß die für solche Anlagen aufgewendeten Investitionskosten in kurzer Zeit amortisierbar sind.

Der Gegenstand der Erfindung läßt sich in mehrfacher Weise abwandeln, ohne vom eigentlichen Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise möglich, anstelle des Ölbrenners andere Heizquellen, z.B. Erdgas oder auch feste Brennstoffe, zu verwenden. Ferner können statt der dargestellten Tiegel, insbesondere bei Großanlagen, auch Yfannen benutzt werden. Ferner ist es möglich, die Form bzw. die Abmessungen der Schmelzkammer 8 den örtlichen Verhältnissen anzupassen und statt der in der Zeichnung in Figo ί dargestellten Rechteckform eine hiervon abweichende Form, z.B. sich in Richtung des Schornsteins verjüngende Form zu wählen. Außerdem ist die Anlage so aufgebaut, daß die einzelnen Verfahrensschritte, sowie der gesamte Betriebsablauf mit Hilfe von Programmsteuerungen bekannter Art vollautomatisch durchgeführt werden können.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Schmelzen von Metallen, insbesondere von Leicht- Schwer- und Edelmetallen, sowie deren Legierungen, in Tiegeln oder Wannen, die durch Verbrennung von flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoffen und durch deren Abgase erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Abgase eines Schmelzofens (2) und gegebenenfalls die eines benachbarten Wärmeerzeugers sowie deren unverbrannte Brennstoffanteile in wenigstens eine nachgeschaltete, mit Schmelzgefäßen (3) bestückte Schmelzkammer (8) geleitet und dieses Gemisch in der Schmelzkammer (8) entspannt, gestaut und die unverbrannten Brennstoffteile nachverbrannt und deren Wärmekapazität an die innerhalb der Schmelzkammer (8) von ihnen erreichbaren Gegenstände abgegeben bzw. gespeichert wird«

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schmelzofen (2) und der mit Tiegeln (14 bis 16) bestückten Schmelzkammer (8) ein Abgaskanal (7) mit einer verschließbaren Öffnung (18) angeordnet ist, dessen Querschnitt (F₁) um den etwa 8 bis 12-fachen Wert kleiner als der Querschnitt (Fp) ^^er Schmelzkammer (8) ist, so daß durch die plötzliche Querschnittsvergrößerung ein Stau der Abgase bewirkt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schmelzkammer (8) und dem Schornstein (9) in an sich bekannter Weise ein Schieber (11) angeordnet ist, der gleichzeitig zur Steuerung des Abgasvolumens und der Abgastemperatur dient»

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Schieber (11) ein zusätzlicher Schieber (13) im Schornstein (9) angeordnet ist, der nur über eine Verriegelungsschaltung mit dem Ölbrenner (1) betätigbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (8) aus einer äußeren wärmeisolierenden und einer inneren wärmespeichernden und wärmeabstrahlenden Wandung (W), z.B. aus Magnesit, besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmelzkammer 8 zusätzlich wärmespeichernde Elemente (20), z.B. aus Magnesit, angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmelzkammer (8) und/oder im Schmelzofen (2) Leitelemente (10) für den Abgasstrom angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente (10) verstellbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb der Schmelzkammer (8) angeordneten Wärmeabstrahlkörper (20) ortsveränderlich angeordnet sind.

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