DE69332141T2

DE69332141T2 - Verfahren zum Aufbereiten heisser Aluminiumkrätze; Verfahren zum Herstellen eines Desoxydationsmittels

Info

Publication number: DE69332141T2
Application number: DE69332141T
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Taki; Katsuzo Watanabe
Original assignee: Yamaichi Metal Co Ltd; Yamaichi System Produce Co Ltd
Current assignee: Yamaichi Metal Co Ltd; Yamaichi System Produce Co Ltd
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2013-12-23
Also published as: EP0603858B1; DE69332141D1; AU663810B2; US5439501A; EP0603858A1; AU5258593A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines desoxidierenden Aluminiumschlacken-Briketts zur Verwendung in einem Desoxidationsprozess beim Oxidationsschmelzen von Stahl.

Erläuterung des Standes der Technik

Herkömmlicherweise ist heiße Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, in der nachfolgend beschriebenen Weise behandelt worden, um den darin vorhandenen Aluminiumgehalt zurückzugewinnen. Zuerst wird die heiße Aluminiumschlacke aus einem Schmelzofen für Aluminium abgezogen und in einen Behälter gefüllt. Der in den Behälter gefüllten heißen Aluminiumschlacke wird eine große Menge Flussmittel zugesetzt, so dass die heiße Aluminiumschlacke mit dem Flussmittel reagiert und oxidiert. Bei dieser Oxidation wird die heiße Aluminiumschlacke auf etwa 850ºC erhitzt, damit starre, hohe Schutzoxidschichten (γ-Al&sub2;O&sub3;, kubisches System vom Spinell-Typ), die die in der heißen Schlacke verbleibenden Aluminiumtröpfchen bedecken, in niedrige Schutzoxidschichten (α-Al&sub2;O&sub3;, hexagonales System) umgewandelt werden.
Anschließend wird die heiße Aluminiumschlacke einem mechanischen Rührvorgang unterzogen, so dass in der heißen Schlacke verbliebenes, geschmolzenes Aluminium in Form von Tröpfchen, die mit der niedrigen Schutzoxid schicht bedeckt sind, von seiner Oxidschicht befreit wird und von der entfernten niedrigen Schutzoxidschicht getrennt wird. Gleichzeitig nehmen die Aluminiumtröpfchen während des mechanischen Rührvorgangs eine größere Form an und setzen sich in Richtung auf den Boden des Behälters ab. Nachdem die sich auf dem Boden des Behälters abgesetzten Aluminiumtröpfchen aus dem Behälter zurückgewonnen worden sind, werden die Schlackenrückstände im Pulverzustand mittels einer Wasserkühltrommel gekühlt und als industrieller Abfall entsorgt.
Das herkömmliche Verfahren zum Aufbereiten der heißen Aluminiumschmelze hat mehrere Nachteile. Da erstens eine große Menge an Flussmittel für die Rückgewinnung des in der heißen Schlacke verbliebenen Aluminiumgehalts verwendet wird, entstehen Probleme dahingehend, dass große Mengen von Chlorid enthaltendem Staub erzeugt werden und eine große Menge an Wärme in explosiver Weise erzeugt wird. Dadurch kann es zu Problemen der Umgebung kommen.
Zweitens ist die heiße Schlacke nach dem Entfernen des Aluminiumgehalts aus dieser in einem Zustand, in dem sie auf eine Temperatur von über 1200ºC erhitzt ist, so dass sie rasch abgekühlt werden muss, um die Reaktion des Aluminiumgehalts derselben mit Sauerstoff und Stickstoff zu unterdrücken. Eine rasche Abkühlung kann jedoch mit der herkömmlichen Wasserkühltrommel nicht durchgeführt werden. Außerdem kann eine explosive Verdunstung von Wasser auftreten, wenn die heiße Schlacke Kühlwasser ausgesetzt wird. Da ferner die heiße Schlacke nach dem Entfernen des Aluminiumgehalts in einem Pulverzustand vorliegt und dadurch eine große Oberfläche aufweist, erfolgt dann, wenn die heiße Schlacke für eine lange Zeitdauer an der Atmosphäre abgekühlt wird, eine Reaktion von in der heißen Schlacke verbliebenem Metallaluminium mit Sauerstoff und Stickstoff. Dadurch wird eine wirksame Wiederverwendung des in der Schlacke verbliebenem Metallaluminiums verhindert. Da die Schlacke nach dem Kühlprozess mehr als 10 Gew.-% nitriertes Aluminium enthält, muss sie ferner mit Wasser reagiert werden, um das nitrierte Aluminium in Ammoniakgas und Aluminiumhydroxid umzuwandeln, bevor eine Entsorgung als Industrieabfall stattfinden kann. Da jedoch die Reaktionsrate von nitriertem Alumi nium und Wasser extrem niedrig ist, ist dieser Prozess industriell nicht anwendbar.
Da drittens die heiße Schlacke nach dem Entfernen des geschmolzenen Aluminiums in einem Pulverzustand vorliegt, kann während des Abkühlvorgangs, bei dem die Kühltrommel zum Kühlen der Pulverteilchen der heißen Schlacke rotationsmäßig bewegt wird, eine große Menge an Staub erzeugt werden. Dadurch wird es notwendig, den erzeugten Staub durch eine Staubsammeleinrichtung zu sammeln.
Die US-A-4 565 572 offenbart ein Verfahren für die Rückgewinnung von freiem Aluminiummetall aus seiner Schlacke. Die Schlacke wird in einen Behälter eingebracht, der mindestens eine schräg angeordnete Seitenwand und mindestens eine Passage aufweist, die sich durch den Boden des Behälters hindurch erstreckt, wonach die Schlacke mechanisch verdichtet wird. Die Verdichtung kann durch eine Reihe von Verdichtungsvorgängen, beispielsweise 3 bis 10, durchgeführt werden, und diese Verdichtung führt dazu, dass das freie Aluminium in der Schlacke durch die Passage in dem Boden des Behälters hindurch tritt.
Die US-A-4 575 392 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Rückgewinnung von flüssigem Aluminium durch Verdichtung von heißer Schlacke, wobei die Schlacke mittels einer Ramme verdichtet wird, die sich mit einer konstanten oder einer variablen Geschwindigkeit bewegt. Als Ergebnis der Verdichtung fließt das flüssige Aluminium an einer ringförmigen Öffnung heraus, die am Boden des Schlackenbehälters vorgesehen ist.
Die US-A-4 386 956 offenbart ein Verfahren für die Rückgewinnung von Metall, insbesondere Aluminium, aus metallhaltiger Schlacke, wobei die Schlacke in Behälter eingebracht wird, die geneigte Seitenwände sowie in diesen Seitenwänden vorgesehene Öffnungen aufweisen. Die Schlacke wird verdichtet, und zwar vorzugsweise über einen Schwellendruck, der empirisch festgelegt wird und von der Menge des freien Metalls in der Schlacke abhängig ist. Bei der Verdichtung tritt das flüssige Metall durch die Öffnungen hindurch.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaffung eines Verfahrens zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, bei dem keine Emission von Staub oder explosive Wärme während des Prozesses und somit keine Gefährdung der Umgebung entsteht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, bei dem in der heißen Schlacke enthaltene Luft wirksam entfernt wird, so dass eine Reaktion des in der heißen Schlacke verbliebenen Aluminiumgehalts mit Sauerstoff oder Stickstoff verhindert wird.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen eines desoxidierenden Aluminiumschlacken- Briketts, der in einem Desoxidationsprozess für geschmolzenen Stahl verwendet werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Erreicht werden die Ziele durch die Verfahren zum Aufbereiten von heißer Schlacke, wie sie in den Ansprüchen 1 und 3 angegeben sind, sowie durch das Verfahren zum Herstellen eines desoxidierenden Aluminiumschlacken-Briketts, wie es in Anspruch 10 beansprucht ist.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beansprucht.
Ein Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, beinhaltet erfindungsgemäß somit folgende Schritte: Einfüllen der aus einem Aluminiumschmelzprozess resultierenden heißen Aluminiumschlacke in einen hohlen Behälter, der eine poröse Bodenplatte aufweist, die eine untere Öffnung des Behälters verschließt. Setzen einer massiven Platte auf die in den Behälter eingefüllte heiße Schlacke, und Aufbringen einer Stoßbelastung auf die heiße Schlacke über die massive Platte, um die heiße Schlacke erstarren zu lassen.
Die auf diese Weise gebildete Aluminiumschlacke kann zerkleinert werden, um desoxidierende Aluminiumschlacken-Briketts mit vorzugsweise vorbestimmter Größe und Charge zu bilden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Stoßbelastung von ca. 58840 Nms&supmin;¹ (80 PS) über die massive Platte auf die heiße Schlacke aufgebracht. Die Aufbringung der Stoßbelastung erfolgt in kontinuierlicher Weise, bis die heiße Schlacke auf die Hälfte bis ein Fünftel ihres Volumens, vorzugsweise ein Viertel bis ein Fünftel ihres Volumens verdichtet ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Stoßbelastung auf die massive Platte mit einer Rate von 30 bis 100 Mal pro Minute für eine Zeitdauer von ca. 3 Minuten oder mehr aufgebracht. Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform kann die Stoßbelastung auf die massive Platte derart aufgebracht werden, dass ein Zyklus aus der Aufbringung der Stoßbelastung auf die heiße Schlacke mit einer Rate von 200 bis 300 Mal pro Minute für eine Zeitdauer von 3 bis 6 Sekunden sowie aus einem anschließenden Intervall von 10 bis 20 Sekunden ohne Aufbringung einer Stoßbelastung 3 Mal bis 6 Mal wiederholt wird.
Es ist bevorzugt, dass die den Boden des Behälters verschließende poröse Platte mit runden Durchgangslöchern ausgebildet ist, die einen Durchmesser von 7 bis 20 mm aufweisen. Ferner ist es bevorzugt, dass die poröse Platte an dem Boden des Behälters lösbar angebracht ist, so dass die erstarrte Schlacke in einfacher Weise aus dem Behälter abgeführt werden kann.
Die auf der heißen Schlacke in dem Behälter angeordnete massive Platte weist vorzugsweise eine zylindrische Formgebung oder eine rechteckige Formgebung auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultierende heiße Schlacke in den Behälter eingefüllt, der die poröse Platte an seinem unteren Ende aufweist. Anschließend wird die massive Platte auf die heiße Schlacke gesetzt und mit einer Stoßbelastung mit der vorstehend genannten Stärke und der vorstehend genannten Rate für die vorstehend genannte Zeitdauer beaufschlagt, so dass die heiße Schlacke in einem derartigen Ausmaß verdichtet wird, dass ihr Volumen zu einer Hälfte bis zu einem Fünftel ihres ursprünglichen Volumens wird. Da während dieses Vorgangs in der heißen Schlacke verbliebene Aluminiumtröpfchen auf Grund des Unterschieds in dem spezifischen Gewicht zwischen Aluminium und den anderen Inhaltsstoffen der heißen Schlacke von der übrigen heißen Schlacke getrennt werden, kollidieren die Aluminiumtröpfchen miteinander und verbinden sich miteinander, so dass daraus Aluminiumtröpfchen mit großer Größe werden. Gleichzeitig wird auch eine große Menge Luft, die in den Lücken zwischen den Aluminiumtröpfchen und dem übrigen Inhalt der heißen Schlacke vorhanden war, ebenfalls aus der heißen Schlacke ausgestoßen. Somit werden die in der heißen Schlacke verbliebenen Aluminiumtröpfchen durch die Öffnungen der porösen Bodenplatte aus dem Behälter zurückgewonnen, und gleichzeitig wird eine große Menge an in der heißen Schlacke verbliebener Luft ebenfalls aus der heißen Schlacke ausgestoßen.
Durch Entfernen der Aluminiumtröpfchen und der Luft wird die heiße Schlacke zu pulverförmiger Schlacke, die wiederum auf der porösen Platte durch wiederholte Aufbringung der Stoßbelastung auf diese verdichtet wird, so dass sie fest wird und auf der porösen Platte verbleibt.
Da gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine große Menge von in der heißen Schlacke enthaltener Luft entfernt wird, ist verhindert, dass das übrige Aluminium in der heißen Schlacke nitriert oder oxidiert, wodurch die Entstehung von Wärme auf Grund von Nitrieren und Oxidieren unterdrückt wird. Der Verlust von Metallaluminium in der heißen Schlacke wird ebenfalls unterdrückt. Obwohl die Temperatur der heißen Schlacke auf Grund der Reaktionswärme beim Verdichten der heißen Schlacke durch die Aufbringung der Stoßbelastungen ansteigt, kehrt diese ferner auf die Temperatur vor der Verdichtung zurück, wenn die heiße Schlacke keiner Verdichtung durch die Stoßbelastungen unterzogen worden ist. Somit steigt die Temperatur der heißen Schlacke nicht übermäßig an, und der Verlust von Metallaluminium in der heißen Schlacke wird unterdrückt. Da ferner eine exzessive Wärmeerzeugung aus der heißen Schlacke vermieden wird, lassen sich auch Umweltprobleme verhindern.
Weiterhin enthält die resultierende erstarrte Schlacke eine große Menge an Metallaluminium, während sie sehr wenig Aluminiumnitrid enthält.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die aus dem vorstehenden Verfahren resultierende, erstarrte Schlacke eine große Menge an Metallaluminium enthält, die resultierende erstarrte Schlacke als Desoxidationsmittel zur Verwendung beim Oxidationsschmelzen von Stahl verwendet. Bei der vorliegenden Erfindung wird die resultierende, erstarrte Schlacke zerkleinert oder zerteilt, um desoxidierende Aluminiumschlacken-Briketts vorbestimmter Größe und Formgebung zu bilden.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. SHO 56-220 offenbart ein Desoxidationsverfahren, bei dem Aluminiumasche zusammen mit Argongas oder Stickstoffgas in geschmolzenen Stahl geblasen wird, wonach ein Durchführen mittels Gas ausgeführt wird, um Sauerstoff aus dem geschmolzenen Stahl zu entfernen. Eine Verbesserung dieses Verfahrens ist offenbart in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. SHO 58-93810, bei dem Calcium-Flussmittel in den geschmolzenen Stahl eingeblasen wird, nachdem die Aluminiumasche in den geschmolzenen Stahl geblasen wurde. Bei keinem dieser Verfahren wird jedoch die Entstehung eines zufrieden stellenden Desoxidationseffekts zum Schmelzen von Stahl zur Erzeugung von beruhigtem Stahl, halb beruhigtem Stahl und dergleichen erwartet, wobei es bei diesen Stahltypen streng notwendig ist, die Konzentration von Sauerstoff und Stickstoff zu reduzieren.
Daher ist ein Desoxidationsverfahren unter Verwendung eines Aluminiummaterials mit einer Reinheit von 90 bis 99% an Stelle von Aluminiumasche vorgeschlagen worden. Bei diesem Verfahren reagiert das Aluminiummaterial mit Sauerstoff in dem zu desoxidierenden geschmolzenen Stahl, um Aluminiumoxid zu bilden, das auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls schwimmt. Das Aluminiumoxid wird von dem geschmolzenen Stahl entfernt, wodurch in dem geschmolzenen Stahl enthaltener Sauerstoff entfernt wird. Das Aluminiummaterial wird in Form von kleinen Partikeln, die als "Perlen" bezeichnet werden, relativ großen Partikeln mit trapezförmiger oder halbkugelförmiger Gestalt, Blöcken mit einem Gewicht von 1 bis 5 kg und dergleichen verwendet.
Das Aluminiummaterial mit hoher Reinheit ist jedoch zu teuer, um als Desoxidationsmittel verwendet zu werden. Da außerdem das Aluminiummaterial vor der Verwendung als Desoxidationsmittel in eine vorbestimmte Formgebung und Größe gebracht werden muss, sind Formgebungseinrichtungen erforderlich, die unweigerlich zu einer Erhöhung der Produktionskosten des Aluminium-Desoxidationsmittels führen.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die resultierende, erstarrte Schlacke als Desoxidationsmittel verwendet wird, das eine große Menge an Metallaluminium enthält, lässt sich ein Desoxidationsmittel mit hoher Qualität kostengünstig herstellen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorstehenden sowie weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen in noch deutlicherer Weise; in den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Stoßbelastung auf eine heiße Schlacke in einem Behälter, die zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird; und
Fig. 2 bis 7 aufeinander folgende Verdichtungsschritte an der heißen Schlacke gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird zwar unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, jedoch besteht keine Absicht, die vorliegende Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele einzuschränken. Im Gegenteil sollen alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente derselben, die in der durch die beigefügten Ansprüche definierten, vorliegenden Erfindung enthalten sein können, mit umfasst werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt in schematischer Weise eine Vorrichtung zur Verwendung bei einem Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 weist einen Behälter 2 auf, der einen zylindrischen Körper 3 sowie eine poröse Bodenplatte 4 aufweist, die an einem unteren offenen Ende 3a des zylindrischen Körpers 3 lösbar angebracht ist. Eine heiße Schlacke 5 wird in den Innenraum des Behälters 2 durch eine obere Öffnung 3b des Körpers 3 eingebracht. Der zylindrische Körper 3 und die poröse Platte 4 sind aus hitzebeständigem Material, wie z. B. hitzebeständigem Metall oder dergleichen, hergestellt. Die Vorrichtung 1 weist eine Metallplatte 6 auf, die dazu ausgebildet ist, auf der in den zylindrischen Körper 3 eingefüllten heißen Schlacke 5 platziert zu werden.
Die an dem Boden des zylindrischen Körpers 3 angebrachte poröse Bodenplatte 4 ist an einem Rahmen 7 angebracht. Der Rahmen 7 ist mit einer Öffnung 8 ausgebildet, die der porösen Bodenplatte 4 gegenüber liegt, und unmittelbar unter der Öffnung 8 ist eine Rückgewinnungswanne 9 angeordnet.
Ein Hammermechanismus 11 ist über dem Behälter 2 platziert und besitzt einen Hammerkopf 12, der zum Aufbringen einer Stoßbelastung auf die Metallplatte 6 ausgebildet ist, die auf der heißen Schlacke 5 in dem Behälter 2 platziert ist, sowie einen Antriebsmechanismus 13, der den Hammerkopf 12 zur Ausführung einer hin und her gehenden Bewegung in Vertikalrichtung mit einer Rate von 400 Mal pro Minute mit einer Stoßbelastung von ca. 58840 Nms&supmin;¹ (80 PS) an treibt. Da die heiße Schlacke 4 durch die Aufbringung der Stoßbelastung allmählich verdichtet wird, weist der Hammermechanismus 11 ein Paar hydraulische Zylinder 14 zum Einstellen der Position des Hammerkopfes 12 in Vertikalrichtung nach Maßgabe der Verdichtung der heißen Schlacke 5 in dem Behälter 2 auf.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der zylindrische Körper 3 einen Innendurchmesser von 400 mm und eine Dicke von 5,0 mm auf. Die Metallplatte 6 besitzt einen Durchmesser vom 399 mm und eine Dicke von 20 mm. Ferner ist die poröse Bodenplatte 4 mit einer Mehrzahl runder Durchgangslöcher 4a mit einem Durchmesser von 12 mm ausgebildet. Diese Platte 4 wird mittels Schrauben 15 an dem Boden des Behälters 2 lösbar angebracht. In dem Ausführungsbeispiel haben die Schrauben 15 auch die Funktion zum Festlegen des montierten Behälters 2 an dem Rahmen 7, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.
Es wird nun das Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, unter Verwendung der Vorrichtung 1 mit der vorstehenden Ausbildung beschrieben. Zuerst werden die poröse Bodenplatte 4 und der zylindrische Körper 3 in dieser Reihenfolge an dem Rahmen 7 angebracht und mittels der Schrauben 15 an diesem festgelegt, um den Behälter 2 mit der oberen Öffnung 3b zu montieren. Der Behälter 2 ist somit fest an dem Rahmen 7 angebracht. Dann wird in den Behälter 2 eine heiße Aluminiumschlacke mit einem Gewicht von ca. 100 kg eingebracht, die aus einem Aluminiumschmelzofen herausgekratzt wird.
Anschließend wird die Metallplatte 6 auf der heißen Schlacke 5 in dem Behälter 2 platziert, und der Hammerkopf 12 des Hammermechanismus 11 wird auf die Metallplatte 6 gesetzt. Der Hammermechanismus 11 wird dann angetrieben, um dadurch den Hammerkopf 12 in hin und her gehender Weise in Vertikalrichtung mit einer Rate von 400 Mal pro Minute für eine Zeitdauer von 4 Sekunden zu bewegen, wodurch sukzessive eine Stoßbelastung durch die Metallplatte 6 hindurch auf die heiße Schlacke 5 aufgebracht wird. Die auf die heiße Schlacke 5 aufgebrachte Stoßbelastung wird auf ca. 58840 Nms&supmin;¹ (80 PS) eingestellt. Während die heiße Schlacke 5 durch die Aufbringung der sukzessiven Stoßbe lastungen nach unten gestampft wird, wird die in der heißen Schlacke 5 enthaltene Luft aus dem Inneren der heißen Schlacke 5 nach außen ausgedrückt. Da die heiße Schlacke 5 durch die Metallplatte 6 und die Innenumfangsfläche des zylindrischen Körpers 3 begrenzt ist, bewegt sich die aus der heißen Schlacke 5 herausgedrückte Luft nach unten und wird durch die in der Bodenplatte 4 ausgebildeten Durchgangslöcher 4a aus dem Behälter 2 hinaus nach außen geleitet. Gleichzeitig bewegt sich auch das enthaltene Aluminium in einem geschmolzenen Zustand nach unten und wird durch die Löcher 4a der Bodenplatte 4 ausgeleitet. Das austretende, enthaltene Aluminium tropft in die Rückgewinnungswanne 9 und wird in dieser gesammelt.
Nach der Aufbringung einer Stoßbelastung für eine Zeitdauer von 4 Sekunden ist die heiße Schlacke 5 derart verdichtet und in ihrem Volumen reduziert, dass die obere Oberfläche der heißen Schlacke 5 um ca. 10 mm von dem ursprünglichen Niveau abgesenkt ist. Dadurch wird ein Spalt A zwischen der ursprünglichen Position des Hammerkopfes 12 und der Metallplatte 6 auf der verdichteten heißen Schlacke 5 gebildet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Anschließend lässt man die heiße Schlacke 5 für eine Zeitdauer von ca. 15 Sekunden in Ruhe, ohne dass die Stoßbelastung aufgebracht wird.
Nach dem Intervall von ca. 15 Sekunden wird der Hammerkopf 12 abgesenkt, um seine Ausgangsposition derart einzustellen, dass er mit der Metallplatte 6 in Berührung tritt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, und anschließend wird ein zweiter Zyklus der Aufbringung einer Stoßbelastung begonnen. In dem zweiten Zyklus wird der Hammerkopf 12 antriebsmäßig derart bewegt, dass er sich in Vertikalrichtung hin und her bewegt, so dass er gegen die Metallplatte 6 schlägt, wobei die Stoßbelastung von ca. 58840 Nms&supmin;¹ (80 PS) sukzessive auf die heiße Schlacke 5 durch die Metallplatte 6 für eine Zeitdauer von 4 Sekunden aufgebracht wird, wie dies auch bei dem ersten Zyklus der Aufbringung der Stoßbelastung der Fall ist. Dadurch wird die noch in der heißen Schlacke 5 verbliebene Luft auf die Außenseite der heißen Schlacke 5 verbracht und durch die poröse Bodenplatte 4 hindurch aus dem Behälter 2 ausgeleitet. Nach dem zweiten Zyklus der Stoßbelastungsaufbringung ist die heiße Schlacke 5 nach unten gestampft und in ihrem Volumen weiter reduziert, wobei die obere Oberfläche der heißen Schlacke 5 um ca. 10 mm abgesenkt ist. Dadurch wird ein Spalt B zwischen dem Hammerkopf 12 und der Metallplatte 6 auf der heißen Schlacke 5 gebildet, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Nach dem zweiten Zyklus der Aufbringung der Stoßbelastung lässt man die heiße Schlacke 5 für ein Intervall von ca. 15 Sekunden ruhen.
Nach diesem Intervall wird der Hammerkopf 12 abgesenkt, um seine Ausgangsposition derart einzustellen, dass er mit der Metallplatte 6 in Berührung tritt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, und anschließend wird ein dritter Zyklus einer Stoßbelastungsaufbringung in derselben Weise wie der erste und der zweite Zyklus der Stoßbelastungsaufbringung ausgeführt. Die in der heißen Schlacke 5 nach dem zweiten Zyklus immer noch vorhandene Luft wird aus der porösen Bodenplatte 4 ausgeleitet. Ferner wird die heiße Schlacke derart verdichtet und in ihrem Volumen reduziert, dass die obere Oberfläche der heißen Schlacke wiederum abgesenkt wird.
Die Zyklen der Stoßbelastungsaufbringung werden wiederholt ausgeführt, bis das Volumen der heißen Schlacke 5 nicht mehr reduziert wird. Typischerweise wird die heiße Schlacke 5 verdichtet, bis ihr Volumen auf eine Hälfte bis ein Viertel ihres ursprünglichen Volumens reduziert ist. Die heiße Schlacke 5 wird somit in dem Behälter 2 derart verdichtet, dass sie zu einem Schlackenkuchen (einer erstarrten Schlacke) wird, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
Anschließend wird der Behälter 2 von dem Rahmen 7 gelöst, und die Bodenplatte 4 wird abgenommen. Dann ist nur der zylindrische Körper 3 an dem Rahmen 7 montiert, und der Schlackenkuchen in dem Körper 3 wird unter Verwendung des Hammerkopfes 12 in der in Fig. 7 gezeigten Weise aus diesem ausgedrückt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Formgebung der in der porösen Bodenplatte 6 ausgebildeten Löcher rund. Alternativ sind auch polygonale Formen, wie z. B. ein Dreieck, ein Rechteck und dergleichen mit einer Fläche von 70 bis 300 mm² bevorzugt. Außerdem wird die Stoßbelastung von ca. 58840 Nms&supmin;¹ (80 PS) sukzessive auf die heiße Schlacke mit einer Rate von ca. 400 Mal pro Minute für eine Zeitdauer von ca. 4 Sekunden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebracht. Diese Parameter sind von der Größe des Behälters und von der Menge der in den Behälter eingefüllten heißen Schlacke abhängig. Es hat sich herausgestellt, dass bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Stoßbelastung mit einer Rate von 200 bis 600 Mal pro Minute für mindestens ca. 2 Sekunden aufgebracht werden muss. Die Anzahl der Zyklen der Stoßbelastungsaufbringung ist vorzugsweise eine Anzahl, durch die das Volumen der heißen Schlacke in etwa zu einem Viertel bis einem Fünftel seines ursprünglichen Volumens wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultierende heiße Schlacke in den Behälter eingefüllt, die Metallplatte wird auf der eingefüllten heißen Schlacke platziert, und anschließend wird die Stoßbelastung über die Metallplatte in intermittierender Weise auf die heiße Schlacke aufgebracht, wodurch eine große Menge an in der heißen Schlacke enthaltener Luft aus der heißen Schlacke ausgetrieben werden kann und gleichzeitig das in der heißen Schlacke enthaltene Metallaluminium ebenfalls aus der heißen Schlacke ausgestoßen werden kann, um durch die poröse Bodenplatte hindurch zurückgewonnen zu werden. Da die Luft aus der heißen Schlacke entfernt wird, ist verhindert, dass der Aluminiumgehalt in der heißen Schlacke mit Sauerstoff oder Stickstoff reagiert, wobei dies bedeutet, dass exotherme Reaktionen unterdrückt werden können. Der Aluminiumgehalt in der heißen Schlacke lässt sich somit effektiv für die Wiederverwendung zurückgewinnen.
Da ferner die heiße Schlacke in einem festen bzw. massiven Zustand nach dem vorstehend beschriebenen Prozess zurückgewonnen wird, kann die Entstehung von Staub verhindert werden. Umweltprobleme auf Grund der Erzeugung von Wärme und Staub während der Aufbereitung der heißen Schlacke lassen sich somit vermeiden.
Ferner kann der resultierende Schlackenkuchen als Desoxidationsmittel für einen Metallschmelzprozess verwendet werden, da er den Aluminiumgehalt aufweist, der nahezu insgesamt ohne Oxidierung oder Nitrierung verbleibt.
Auf Grund dieser Erkenntnis wird gemäß der vorliegenden Erfindung der resultierende Schlackenkuchen als Desoxidationsmittel für einen Metallschmelzprozess verwendet. Bei Verwendung des resultierenden Schlackenkuchens als Desoxidationsmittel wird der Schlackenkuchen unter Verwendung eines Backenbrechers oder dergleichen zerkleinert, um desoxidierende Schlacken-Briketts von vorgeschriebener Größe und Formgebung zu bilden. Die auf diese Weise gebildeten desoxidierenden Schlacken-Briketts werden von Hand oder mechanisch in einen Stahlschmelzofen geworfen. Die desoxidierenden Schlacken-Briketts weisen einen hohen Gehalt an darin verbliebenem Aluminium auf und zeigen einen ausgezeichneten Desoxidationseffekt. Da die desoxidierenden Schlacken-Briketts eine sehr geringe Menge Nitrid enthalten, kann ferner auch eine Zunahme von Stickstoff in dem Stahl vermieden werden.
Bei der herkömmlichen Aufbereitung der heißen Schlacke zur Bildung eines Desoxidationsmittels für Stahl enthält im Vergleich dazu dieses Desoxidationsmittel 20 bis 30 Mal soviel Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid, so dass kein wirksamer Desoxidationseffekt zu erwarten ist. Da ferner die herkömmlich aufbereitete Schlacke in einem Pulverzustand vorliegt, ist eine Lanzeneinrichtung oder dergleichen erforderlich, um die pulverförmige Schlacke in einen Schmelzofen für Stahl einzubringen.
Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung kann auch für dieses Ausführungsbeispiel verwendet werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden 150 kg heiße Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, in den Behälter 2 eingefüllt, der durch den zylindrischen Körper 3 und die poröse Bodenplatte 4 gebildet ist. Der zylindrische Körper 3 und die poröse Bodenplatte 4 sind aus hitzebeständigem Stahl hergestellt. Der zylindrische Körper 3 weist einen Innendurchmesser von 400 mm und eine Dicke von 5,0 mm auf, während die poröse Bodenplatte 4 eine Dicke von 6 mm besitzt und mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 4a mit einem Durchmesser von 12 mm ausgebildet ist. Die poröse Bodenplatte 4 wird an dem unteren offenen Ende des zylindrischen Körpers 3 lösbar angebracht.
Dann wird auf der in den Behälter 2 eingefüllten heißen Aluminiumschlacke die Metallplatte 6 angeordnet. Die Metallplatte 6 ist ebenfalls aus hitzebeständigem Stahl hergestellt und weist einen Durchmesser von 399 mm und eine Dicke von 20 mm auf. Anschließend daran wird ein Hammerkopf 12 eines Hammermechanismus 11 auf die Metallplatte 6 gesetzt.
Der Hammerkopf 12 wird zur Ausführung einer hin und her gehenden Bewegung in vertikaler Richtung angetrieben, um dadurch eine Stoßbelastung von ca. 58840 Nms&supmin;¹ (80 PS) über die Metallplatte 6 auf die heiße Schlacke 5 in dem Behälter 2 aufzubringen, wobei der Hammerkopf 12 durch ein Paar Hydraulikzylinder 14, 14 kontinuierlich abgesenkt wird. Die Aufbringung der Stoßbelastung erfolgt mit einer Rate von ca. 50 Mal pro Minute für eine Zeitdauer von ca. 4 Minuten.
Durch die sukzessive aufgebrachten Stoßbelastungen wird die in der heißen Schlacke 5 enthaltene Luft aus dieser ausgetrieben. Da die heiße Schlacke 5 in Richtung nach oben sowie in Umfangsrichtung durch die Metallplatte 6 und den zylindrischen Körper 3 begrenzt wird, bewegt sich nahezu die gesamte Luft nach unten, um durch die Löcher 4a der porösen Bodenplatte 4 hindurch auszutreten. Gleichzeitig wird auch der in der heißen Schlacke 5 enthaltene Gehalt an geschmolzenem Aluminium ausgestoßen und von einer Rückgewinnungswanne 9 aufgenommen.
Bis zum Ende der Aufbringung der Stoßbelastung wird die heiße Schlacke 5 in dem Behälter 2 zum Reduzieren ihres Volumens verdichtet, wobei ihre Höhe um ca. 350 mm von ihrem ursprünglichen Niveau abgesenkt wird. In diesem Zustand wird die heiße Schlacke 5 durch weitere Aufbringung von Stoßbelastung nicht mehr verdichtet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat man festgestellt, dass das Volumen der heißen Schlacke 5 um zwei Neuntel seines ursprünglichen Volumens reduziert ist.
Nach Beendigung der Aufbringung der Stoßbelastung lässt man die verdichtete Schlacke 5 für ca. 15 Minuten ruhen, so wie sie ist, und anschließend wird die poröse Bodenplatte 6 von dem zylindrischen Körper 3 entfernt. Schließlich wird die verdichtete Schlacke, die kuchenförmig erstarrt ist (Schlackenkuchen), durch Aufbringen eines Schlages mit dem Hammer 12 aus dem Behälter 2 ausgestoßen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die poröse Bodenplatte 6 mit einer Mehrzahl von runden Löchern mit einem Durchmesser von 12 mm ausgebildet. Hinsichtlich der Formgebung der in der porösen Bodenplatte 6 ausgebildeten Löcher hat sich herausgestellt, dass anstatt einer runden Formgebung auch polygonale Formgebungen, wie z. B. dreieckig, rechteckig und dergleichen, mit einer Fläche von 70 bis 300 mm² verwendet werden können. Außerdem wird die Stoßbelastung von 58840 Nms&supmin;¹ (80 PS) auf die heiße Schlacke mit einer Rate von ca. 50 Mal pro Minute für eine Zeitdauer von ca. 4 Minuten aufgebracht. Diese Parameter sind von der Größe des Behälters, der Menge der in den Behälter eingefüllten heißen Schlacke und dergleichen abhängig. Es hat sich herausgestellt, dass die Stoßbelastung mit einer Rate von 30 bis 100 Mal pro Minute aufzubringen ist. Ferner hat sich herausgestellt, dass die Stoßbelastung sukzessive für mindestens 3 Minuten aufzubringen ist, und vorzugsweise bis das Volumen der heißen Schlacke in etwa zu einem Viertel bis zu einem Fünftel seines ursprünglichen Volumens wird.

Claims

1. Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Einfüllen der aus einem Aluminiumschmelzprozess resultierenden heißen Aluminiumschlacke in einen hohlen Behälter, der eine poröse Bodenplatte aufweist, die eine untere Öffnung des Behälters verschließt,

Setzen einer massiven Platte auf die in den Behälter eingefüllte heiße Schlacke,

Aufbringen einer Stoßbelastung sukzessive auf die heiße Schlacke über die massive Platte, um die heiße Schlacke erstarren zu lassen, wobei die Stoßbelastung mit einer Rate von 200 bis 600 Mal pro Minute für eine Zeitdauer von wenigstens ca. 2 Sekunden aufgebracht wird und anschließend ein Intervall von 10 bis 20 Sekunden ohne Aufbringung einer Stoßbelastung erfolgt und danach ein Zyklus aus der Aufbringung der Stoßbelastung und dem Intervall wiederholt 2 bis 5 Mal ausgeführt wird, und Ausstoßen einer resultierenden erstarrten Schlacke aus dem Behälter.

2. Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, nach Anspruch 1, wobei die Stoßbelastung mit einer Rate von 200 bis 300 Mal pro Minute für eine Zeitdauer von 3 bis 6 Sekunden aufgebracht wird.

3. Verfahren zum Aufbereiten von heißer Schlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Aufbringen einer Stoßbelastung sukzessive auf die heiße Schlacke über die massive Platte, um die heiße Schlacke erstarren zu lassen, wobei die Stoßbelastung mit einer Rate von 30 bis 100 Mal pro Minute für eine Zeitdauer von wenigstens ca. 3 Minuten aufgebracht wird, und

Ausstoßen einer resultierenden erstarrten Schlacke aus dem Behälter.

4. Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Wert der Stoßbelastung ca. 58840 N·m·s&supmin;¹ beträgt.

5. Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stoßbelastung sukzessive auf die heiße Schlacke in dem Behälter aufgebracht wird, bis sich das Volumen der heißen Schlacke im Wesentlichen nicht mehr vermindert.

6. Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stoßbelastung sukzessive auf die heiße Schlacke in dem Behälter aufgebracht wird, bis das Volumen der heißen Schlacke in etwa zu einer Hälfte bis zu einem Fünftel seines ursprünglichen Volumens wird.

7. Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stoßbelastung sukzessive auf die heiße Schlacke in dem Behälter aufgebracht wird, bis das Volumen der heißen Schlacke in etwa zu einem Viertel bis zu einem Fünftel seines ursprünglichen Volumens wird.

8. Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die poröse Bodenplatte mit runden Durchgangslöchern ausgebildet ist, die einen Durchmesser von 7 bis 20 mm aufweisen.

9. Verfahren zum Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die poröse Bodenplatte an der unteren Öffnung des Behälters lösbar angebracht ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines desoxidierenden Aluminiumschlacken- Briketts zur Verwendung in einem Desoxidationsprozess beim Oxidationsschmelzen von Stahl, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Aufbereiten von heißer Aluminiumschlacke, die aus einem Aluminiumschmelzprozess resultiert, gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, und

Zerkleinern der resultierenden erstarrten Schlacke zur Bildung von desoxidierenden Aluminiumschlacken-Briketts vorbestimmter Größe und Formgebung.