Schmelzofen, insbesondere zum Aufbereiten von Magnesiumschmelze

Abstract

 Ein Schmelzofen (1), insbesondere zum Aufbereiten von Magnesiumschmelze, weist einen bis zu einer vorbestimmten Füllstandshöhe (H) Schmelze (S) aufnehmenden Schmelzenraum (2) auf, der nach oben hin durch eine geneigte Decke (3) abgeschlossen und gegebenenfalls durch wenigstens eine Trennwand (4) in über wenigstens eine Durchströmöffnung (5) miteinander verbundene Kammern (6, 7) unterteilt ist und dem eingangsseitig eine Beschickungsöffnung (8) für eine Materialzugabe und ausgangsseitig eine Entnahmeöffnung (9) für eine Schmelzenentnahme zugehören. Um vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß die Beschickungs- und Entnahmeöffnungen durch Schächte (8, 9) gebildet sind, die unter das Niveau der Füllstandshöhe der Schmelze (S) ragen und daß in der Decke (3) oberhalb der unteren Mündungsöffnung des Beschickungsschachtes (8) eine verschließbare Reinigungsöffnung für sich aufgrund der Deckenneigung ansammelnde Verunreinigungen der Schmelze (S) vorgesehen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzofen, insbesondere zum Aufbereiten von Magnesiumschmelze, mit einem bis zu einer vorbestimmten Füllstandshöhe Schmelze aufnehmenden Schmelzenraum, der nach oben hin durch eine geneigte Decke abgeschlossen und gegebenenfalls durch wenigstens eine Trennwand in über wenigstens eine Durchströmöffnung miteinander verbundene Kammern unterteilt ist und dem eingangsseitig eine Beschikkungsöffnung für eine Materialzugabe und ausgangsseitig eine Entnahmeöffnung für eine Schmelzenentnahme zugehören.

[0002] Aufgrund der hohen Affinität des Magnesiums zu Sauerstoff muß beim Schmelzen von Magnesium und Magnesiumlegierungen für einen Oxidationsschutz gesorgt werden, der eine Reaktion der Schmelze mit der Umgebungsluft bzw. der Ofenatmosphäre weitgehend verhindert. Der Schmelzenraum der Schmelzöfen ist daher nach außen hin mit einer Decke gasdicht abgeschlossen und der bei den bekannten Schmelzöfen verbleibende Zwischenraum zwischen Decke und Schmelzenoberfläche wird mit einem Schutzgas gespült, wobei schwefelhaltige Schutzgase, die entweder SF₆ (Schwefelhexafluorid) oder SO₂ (Schwefeldioxid) enthalten, Verwendung finden. Allerdings trägt das SF₆, wenn es in die Atmosphäre gelangt, durch sein hohes Erderwärmungspotential, das 24.000 mal größer als das von CO₂ ist, zum Treibhauseffekt bei und das alternativ dazu eingesetzte SO₂ ist giftig. Darüber hinaus kommt es trotz der Schutzgasspülung an der Schmelzenoberfläche zu Oxidationsreaktionen und zur Ausbildung von Schlacke u. dgl. Verunreinigungen, die laufend entfernt werden müssen. Diese Schlacke u. dgl. stellt dabei ein zu entsorgendes oder aufwendig zu recycelndes Abfallprodukt dar.

[0003] Um auf den Einsatz von schwefelhaltigen Schutzgasen verzichten zu können, wurde gemäß der DE 197 47 002 A ein Verfahren zum Betreiben eines Magnesiumschmelzofens vorgeschlagen, nach dem das zu schmelzende Material drei hintereinander gereihte Kammern durchfließt und in Fließrichtung in den einzelnen Kammern stufenweise auf höhere Temperaturen gebracht wird, wobei nur die erste Kammer mit einem reinen CO₂ zum Schutz vor Oxidationsreaktionen begast wird und die beiden anderen Kammern nach außen hin abgeschlossen sind. Durch die anfangs geringe Schmelzentemperatur wird die damit verbundene erhöhte Reaktionsträgheit des Magnesiums zur Unterbindung unerwünschter Reaktionen genutzt und durch den Abschluß der anderen Kammern ein Eindringen von Sauerstoff verhindert. Allerdings kommt es aufgrund der zu Beginn in diesen Kammern vorhandenen Luftpolster auch hier zu Oxidationsreaktionen und es entsteht Schlacke od. dgl., wozu noch der Aufwand für das mehrstufige Schmelzverfahren kommt.

[0004] Es sind auch schon Schmelzöfen bekannt, die eine geneigte, zumindest bereichsweise in die Schmelze hineinragende Decke aufweisen (DE 195 04 415 A1). Dadurch werden aufschwimmende Verunreinigungen in der Schmelze, wie Oxide, Schlacke u. dgl. in einer vom Auslaß entgegengesetzten Richtung gesammelt, von wo sie schließlich bei Bedarf abgeschöpft werden. Als nachteilig hat es sich bei einem derartigen Schmelzofen erwiesen, daß die Zufuhr von frischem Metall in genau dem Bereich des Ofens erfolgt, in dem sich auch die Oxide, die Schlacke u. dgl. ansammeln und somit die Verunreinigungen bei jedem Beschikkungsvorgang erneut in die Schmelze hineingerissen und mit der Schmelze vermischt werden.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzofen der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der ein einwandfreies Aufbereiten von oxidationsgefährdeten Schmelzen, insbesondere auch Magnesiumschmelzen, ohne eine Begasung erlaubt und auch bei üblichen Schmelztemperaturen eine Schlackenbildung weitgehend unterbindet.

[0006] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Beschickungs- und Entnahmeöffnungen durch Schächte gebildet sind, die unter das Niveau der Füllstandshöhe der Schmelze ragen und daß in der Decke oberhalb der unteren Mündungsöffnung des Beschickungsschachtes eine verschließbare Reinigungsöffnung für sich aufgrund der Deckenneigung ansammelnde Verunreinigungen der Schmelze vorgesehen ist. Damit taucht die Decke in die Schmelze ein, so daß sich mit einer entsprechenden Ausgestaltung des Schmelzofens die freie Schmelzenoberfläche minimieren läßt und beispielsweise auf den Bereich der Beschickungs- und Entnahmeschächte begrenzt werden kann. Die zudem in die Schmelze eintauchenden Schächte verhindern, daß frisch dem Ofen zugeführtes Metall die Decke von Verunreinigungen durchqueren muß und verhindert somit ein erneutes Vermischen der Verunreinigungen mit der Schmelze. Mit einer Entnahme der Verunreinigungen durch die gesonderte Reinigungsöffnung ist außerdem eine gegenseitige Störung von Beschickung und Reinigung vermieden. Auf diese einfache und elegante Weise wird so ein hervorragender Oxidationsschutz bei guter Qualität der Schmelze erreicht und der Einsatz giftiger und/oder umweltschädlicher Schutzgase vermieden. Die verbleibenden freien Schmelzenoberflächenbereiche werden in ausreichendem Maße bei geschlossenen Schächten mit CO₂-haltigem schwefelfreiem Schutzgas geringer Menge bzw. bei Reinigungsarbeiten od. dgl., wenn die Schächte geöffnet werden, bedarfsweise mit schwefelhaltigem Gas geringer Menge geschützt. Die erforderliche Schutzgasmenge für das gesamte Aufbereitungsverfahren wird dabei im Verhältnis der geringen freien Schmelzenoberflächen zur sonst üblichen ganzen, der Umgebungsluft ausgesetzten Schmelzenoberfläche reduziert. Auch die entstehende Schlackenmenge, die von der luftbeaufschlagten Schmelzenoberfläche abhängt, wird ebenfalls im entsprechenden Verhältnis verringert, wobei es keine Beschränkung hinsichtlich der Schmelztemperaturen gibt.

[0007] Vorteilhafterweise verläuft die Decke wenigstens bis zu einem Niveau oberhalb der Ausmündung des Beschickungsschachtes hin ansteigend oder weist die Decke zwischen Beschickungs- und Entnahmeschacht einen Abschnitt mit in den Schmelzenraum vorragendem, vorzugsweise V-förmigem Verlauf auf. Dieser Deckenverlauf hat zur Folge, daß die in geringer Menge vorhandenen Verunreinigungen und Schlackenteilchen der Schmelze aufschwimmen und der Deckenneigung entlang hochsteigen, so daß diese Partikel über eine geeignete, mit einem Deckel verschließbare Reinigungsöffnung im Bereich der höchsten Deckenlage bedarfsweise abgezogen werden können. Ein gleichzeitig in Richtung zum Beschickungsschacht hin abfallender Boden des Schmelzenraumes bewirkt durch seine Neigung ein Ansammeln von absinkenden Verunreinigungen im Anfangsbereich des Schmelzenraumes, wodurch im Bereich des Entnahmeschachtes für eine möglichst reine Schmelze gesorgt ist.

[0008] Um die freien Oberflächenbereiche der Schmelze vor einer Oxidationsreaktion zu schützen, münden Zu- bzw. Ableitungen eines Schutzgasversorgungssystems in die jeweiligen Schächte.

[0009] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand rein schematisch veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 und 2

zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Schmelzofens jeweils im Längsschnitt.

[0010] Ein Schmelzofen 1 zum Aufbereiten von Magnesiumschmelze S bildet einen bis zu einer vorbestimmten Füllstandshöhe H Schmelze aufnehmenden Schmelzenraum 2, der nach oben hin durch eine Decke 3 gasdicht abgeschlossen ist. Eine Trennwand 4 unterteilt den Schmelzenraum 2 in zwei über eine Durchströmöffnung 5 miteinander verbundene Kammern, eine Schmelzenkammer 6 und eine Entnahmekammer 7, wobei der Schmelzenkammer 6 ein Beschickungsschacht 8 und der Entnahmekammer 7 ein Entnahmeschacht 9 zugehören. Die Decke 3 besitzt gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 einen durchgehenden, vom Entnahmeschacht 9 zum Beschickungsschacht 8 hin abfallend geneigt und der Schmelzenraum 2 wird über nicht weiter dargestellte Heizeinrichtungen in den Seitenwänden zum Schmelzen und Aufbereiten des Magnesiums beheizt.

[0011] Die Füllstandshöhe H des Schmelzenraumes liegt im Höhenbereich der Beschickungs- bzw. Entnahmeschächte 8,9, so daß die Decke 3 vollständig oder zumindest mit ihrem Mittelabschnitt 10 unterhalb des Schmelzenniveaus liegt und in die Schmelze S eintaucht, wodurch im Schmelzenofen 1 nur im Bereich der Schächte 8,9 freie Schmelzenoberflächen O auftreten. Damit kommt es zu einem optimierbaren Oxidationsschutz für die Schmelze S auch ohne Einsatz größerer Schutzgasmengen und das Entstehen von Oxidationsreaktionsprodukten und Schlacke kann auf einfache Weise verhindert werden.

[0012] Beim Ofenbetrieb wird festes Rohmaterial aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung über eine Schleuse 13 und den Beschickungsschacht 8 in den Schmelzenraum 2 eingebracht, wobei der Beschickungsschacht 8 in die Schmelze S hineinragt, wodurch die beim Aufschmelzen freiwerdenden Verunreinigungen und Oxidationsprodukte aufschwimmen und zum größten Teil innerhalb des Beschickungsschachtes 8 verbleiben. Nur ein geringer Teil dieser Verunreinigungen gelangt in die vollständig mit Schmelze S gefüllte Schmelzenkammer 6, wo sie aufsteigen und sich aufgrund der Deckenneigung im Bereich der entsprechend hochliegenden, mit Dekeln 14 verschlossenen Reinigungsöffnungen 15 ansammeln. Der sich bodenwärts absetzende Schlamm sammelt sich aufgrund der Bodenneigung unterhalb des Beschikungsschachtes 8 bzw. der zugehörigen Entnahmeöffnung 15, wobei die Trennwand 4 bzw. die Engstelle 11 ein Eindringen von Verunreinigungen und Schlackenteilchen in die Entnahmekammer 7 weitgehend verhindern.

[0013] In der Entnahmekammer 7 befindet sich im wesentlichen reine Schmelze, die über den Entnahmeschacht 9 mittels einer nicht weiter dargestellten Pumpe oder durch Unterdruckbeaufschlagung entnommen und einer Gießvorrichtung od. dgl. zugeführt wird.

[0014] Zur Reinigung des Schmelzenraumes 2 können nach Absenken des Schmelzenniveaus und Betätigen entsprechender Be- und Entlüftungseinrichtungen 16 die Deckel 14 geöffnet werden, welche Be- und Entlüftungseinrichtungen 16 auch für den Druckausgleich beim Befüllen des Schmelzenraumes sorgen.

[0015] Um die freien Oberflächenbereiche O der Schmelze vor einer Oxidationsreaktion zu schützen, werden die Beschickungs- bzw. Entnahmeschächte 8,9 mit Schutzgas beaufschlagt, wozu nur angedeutete Zu- und Ableitungen 17 eines Schutzgasversorgungssystems vorgesehen sind.

Ansprüche

1. Schmelzofen (1), insbesondere zum Aufbereiten von Magnesiumschmelze, mit einem bis zu einer vorbestimmten Füllstandshöhe (H) Schmelze (S) aufnehmenden Schmelzenraum (2), der nach oben hin durch eine geneigte Decke (3) abgeschlossen und gegebenenfalls durch wenigstens eine Trennwand (4) in über wenigstens eine Durchströmöffnung (5) miteinander verbundene Kammern (6, 7) unterteilt ist und dem eingangsseitig eine Beschickungsöffnung (8) für eine Materialzugabe und ausgangsseitig eine Entnahmeöffnung (9) für eine Schmelzenentnahme zugehören, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungs- und Entnahmeöffnungen durch Schächte (8, 9) gebildet sind, die unter das Niveau der Füllstandshöhe der Schmelze (S) ragen und daß in der Decke (3) oberhalb der unteren Mündungsöffnung des Beschickungsschachtes (8) eine verschließbare Reinigungsöffnung für sich aufgrund der Deckenneigung ansammelnde Verunreinigungen der Schmelze (S) vorgesehen ist.

2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Decke (3) wenigstens bis zu einem Niveau oberhalb der Ausmündung des Beschikkungsschachtes (8) hin ansteigend verläuft.

3. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Decke (3) zwischen Beschickungs- und Entnahmeschacht (8,9) einen Abschnitt (10) mit in den Schmelzenraum (2) vorragenden, vorzugsweise V-förmigem Verlauf aufweist.

4. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Zu- bzw. Ableitungen (17) eines Schutzgasversorgungssystems in die jeweiligen Schächte (8, 9) münden.

Zeichnung