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StrikoWestofen GmbH

Inhouse-Recycling von Aluminium-Spänen

 

Ein lohnender Kreislauf

Inhouse-Recycling von Aluminium-Spänen

Immer mehr Gießereibetriebe kommen der Forderung ihrer Kunden nach, komplett bearbeitete Aluminium-Gussteile zu liefern. Dadurch fallen verstärkt Späne an. Mit einem passenden Recycling-System kann es wirtschaftlich sehr interessant sein, diese im Haus wiederzuverwerten.

Die Frage, ob für eine Gießerei ein Nachholbedarf für das In-House-Recycling von Spänen besteht, lässt sich nicht generell mit ja oder nein beantworten.

Voraussetzung für ein wirtschaftliches Recycling und einen kurzen Return on Invest sind – neben einer ausreichenden Menge an Spänen, zuverlässige Anlagen-Komponenten, ein Schmelzofen mit hoher Metallausbeute und ein geschultes Bedienpersonal. Um diese Voraussetzungen zu schaffen, bedarf es einer eingehenden Anlagenplanung, um die einzelnen Komponenten gut aufeinander abzustimmen.

Badraum des STRIKOMELTER® mit geringer Krätzebildung (> 98 % Ausbeute)

Es gibt einige Vorteile, die für das In-House-Recycling sprechen. So lassen sich unter anderem Kosten für den Kauf von Blockmaterial, meist in Masselform, einsparen. Diese Ersparnis ist umso deutlicher, wenn spezielle und damit teure Legierungen im Einsatz sind. Mit dem Späne-Recycling bleibt die Legierung somit „im Haus“. Ein weiterer Punkt ist das Rückgewinnen der Kühlschmierstoffe der spanenden Bearbeitung. Zusätzlich entfällt das Zwischenlagern der Späne oder lässt sich minimieren. Und auch die Transportwege werden kürzer, da der Span seltener angefasst werden muss. Außerdem entfällt noch das Vermarkten der Späne. Ist die Produktion des Späne-Recycling erst einmal eingeführt und Routine, besteht sogar noch die Möglichkeit, Späne von externen Anbietern günstig zuzukaufen, um so weiteren Gewinn zu schöpfen.

Aber auch die Nachteile des In-House-Recycling sollten nicht unerwähnt bleiben. So sind in erster Linie die hohen Investitionskosten zu nennen. Denn das Recyceln von Spänen beinhaltet Fördern und Sammeln der Späne, Späneaufbereitung, Einschmelzen und in der Regel auch Reinigen von Abgasen. Zur Späneaufbereitung zählen dabei Zerkleinern, Trocknen und Entfernen organischer Anhaftungen, Eisen-Metallabscheidung sowie Sieben. Es entstehen zudem zusätzliche Betriebs- und Wartungskosten der Anlage, verbunden mit den Kosten für den Einsatz von ausgebildetem Personal. Notwendig sind auch zusätzliche Qualitätskontrollen der Aluminiumschmelze und unter Umständen ein Nachlegieren des erschmolzenen Materials. Die Möglichkeit einer Zwischenlagerung der Späne bei einer Anlagen-Störung ist ebenfalls zu beachten, da meistens keine Ersatz-Recyclinganlagen vorhanden sind.

Geringer Energieverbrauch

In der Regel bevorzugen Gießereien Öfen, die ausschließlich Späne einer Menge von 500 bis maximal 1 000 kg/h einschmelzen. Alternativ gibt es auch KOMBIMELTER. Hierbei handelt es sich um STRIKOMELTER® mit ETAmax-System® zum Schmelzen von Block- und stückigem Rücklaufmaterial. Sie sind zusätzlich um eine Ofentasche zur Zugabe von Spänen erweitert. Der Vorteil solcher Kombi-Melter ist der geringe spezifische Energieverbrauch, da sich die Abwärme aus der Ofenkammer zum Vorwärmen des Einsatzgutes im Schacht ausnutzen lässt. Außerdem kann mit einem Schmelzaggregat auf relativ kleinem Raum die gesamte erforderliche Produktion einer Legierung erbracht werden. Die ausreichend dimensionierte Warmhaltekammer des Ofens sorgt zum einen für das Schmelzen des Block- und Rücklaufmaterials sowie der Späne und zum anderen für die erforderliche Gießtemperatur. Vor dem Überführen in den Vergießofen reinigt eine Impeller-Behandlung die Schmelze in der Transportpfanne und entfernt oxidische oder carbidische Einschlüsse aus dem Metall.

Kurze Amortisationszeit

Gießereibetriebe bewerten ein Schmelzaggregat oftmals schwerpunktmäßig unter dem Aspekt der Metallausbeute, da der finanzielle Bonus einer gesteigerten Metallausbeute die Amortisationszeit der Anlage drastisch verkürzt. Weitere Anforderungen sind ein niedriger Energieverbrauch sowie ein geringer Platzbedarf.


Um eine hohe Metallausbeute erreichen zu können, darf der Span nicht oder nur sehr kurze Zeit auf der heißen Schmelzoberfläche verweilen und muss möglichst schnell in die Schmelze gezogen werden. Denn je länger sich ein Span in einer heißen, sauerstoffhaltigen Atmosphäre aufhält, desto höher ist die Oxidation der Spanoberfläche. Mit wachsender Dicke der Oxidhaut des Spans ist eine Trennung von Oxid und Metall immer schwieriger; das im Span eingeschlossene Metall lässt sich nicht mehr ausschmelzen und die Metall-ausbeute sinkt gravierend. Die geeignete Schmelztechnik ist also eine wesentliche Bedingung für ein wirtschaftliches Spänerecycling.

Weitere Faktoren der Metallausbeute sind die Legierung sowie die Form und Beschaffenheit des Spans. Sowohl ein hoher Feinanteil in der Spänefracht als auch eine geringe Spandicke verringern die Ausbeute. Je kritischer diese Merkmale des Spans, desto wichtiger ist ein technisch ausgereiftes System des Späne-Einschmelzens. So sollte vor dem Schmelzofen eine Späneaufbereitungsanlage zum Einsatz kommen, die einen möglichst trockenen Span bereitstellt. Feuchte Späne reduzieren nicht nur die Metallausbeute, sondern führen auch zu einer starken Rauchentwicklung und Rußbildung. Das macht wiederum ein Reinigen der Abgase erforderlich.

Schmelzen unter Luftabschluss

Für eine maximale Metallausbeute setzt die StrikoWestofen GmbH die Metallpumpe mit Lotuss® - System der Metaullics Systems Co., Solon/USA, ein. Das System erfüllt bestens die Erfordernisse der Späne-Schmelztechnik, indem die zugeführten Späne geradewegs unter die Schmelze-Oberfläche gezogen werden, wo sie – vergleichbar mit dem Tauchschmelzen – unter Luftabschluss aufschmelzen.

Für diese Anwendung ist der STRIKOMELTER® des Gießereitechnik-Herstellers um eine an der Stirnseite angebrachte Tasche aus Feuerfestbeton zur Aufnahme der mechanischen Metallpumpe sowie des Lotuss®-Blocks erweitert (Bild 1). Der Block ist fest in die Tasche eingegossen. Die Pumpe ruht auf Stahlträgern und lässt sich zu Wartungs- oder Reinigungszwecken leicht aus der Schmelze heben. Ladesystem und Pumpe bilden eine verfahrenstechnische Einheit. Die Pumpe saugt das Metall aus der Warmhaltekammer des Ofens an und drückt es in den Lotuss®-Block. Die Form des Lotuss®- Blocks mit tangentialem Eintritt und mittigem Austritt im Boden erzeugt einen Strudel, einen so genannten Vortex, und damit eine abwärtsgerichtete Metallströmung, die die zugegebenen Späne schnell unter die Metalloberfläche zieht und unter Luftabschluss aufschmilzt. Die Zirkulation des Metalls führt zu einer thermischen und auch chemischen Homogenisierung der Schmelze. Verbunden mit der kontinuierlichen Schmelzebewegung ist ein reduzierter Energiebedarf zum Erhitzen der Schmelze auf den Sollwert und eine hohe Konstanz der Abstichtemperatur.


Durch Variation der Fördermenge der Metallpumpe lässt sich das System an die Span-Beschaffenheit und die geforderte Schmelzleistung anpassen und die Effektivität und Wirtschaftlichkeit optimieren.

Späneofen mit Späneaufbereitung

Im August 2007 hatte eine Rädergießerei einen Ofen vom Typ MCM (Chip Melting mit Metaullics-System) mit 7 t Badinhalt und einer Schmelzleistung von 800 kg/h in Betrieb genommen (Bild 2). Der Ofen ist kippbar ausgeführt und wird mit zwei Brennern mit einer Gesamtleistung von 1 000 kW betrieben. Der Naturzug des Kamins leitet die Abgase ab. Eine Ofendruckregelung hält den Druck im Ofen konstant. Die Spänevorbehandlung besteht im Wesentlichen aus Spänebrecher, Eisenabscheider, Zentrifuge, Dosierschnecke und Zuführschnecke. Zum Vorwärmen und gleichzeitigen Nach-Trocknen der Späne dient das circa 500°C heiße Abgas des Ofens. Über isolierte Rohre wird es zu der Zuführschnecke gesaugt und überträgt dort Wärme an die Späne. Das abgekühlte Gas gelangt von dort aus zurück in den Abgaskamin des Ofens. Die Temperatur der Späne bei der Zugabe in das Ladesystem beträgt ungefähr 200°C. Die Späne sind durch die heißen Abgase fast ölfrei.

Im Rahmen der Inbetriebnahme erfolgte eine ausführliche Leistungsmessung des Ofens. Bei den Spänen handelt es sich vorwiegend um Drehspäne der Legierung AlSi7. Eine Analyse der Spanform und -beschaffenheit sowie der Restfeuchte befand den Span als „zum Einschmelzen gut geeignet“. Am Ende der Schmelzreise zeigte sich in der Badkammer nur eine geringe Krätzemenge auf der Schmelzeoberfläche (Bild 1). Die Krätze ließ sich problemlos zur Reinigungstür ziehen. Dort wurde Restmetall unter Zugabe einer geringen Menge Abkrätzsalz ausgerührt und eine relativ trockene Krätze über die Schwelle aus dem Ofen gezogen. Die abgezogene Krätzemenge betrug 1,5 % der Späne-Einwaage. Hinzu kamen einige wenige Kilogramm an Krätze aus der Pumpentasche des Lotuss®-Systems. Insgesamt lag die Metall-Ausbeute bei über 98 %.

Wann lohnt sich das Inhouse-Recycling?

Als Faustregel gilt bei den aktuellen Aluminium- und Späne-Preisen, dass ab einer Schmelzleistung von 300 kg/h oder etwa 5 Tonnen Spänen pro Tag das In-House-Recycling wirtschaftlich sein kann. Rechnerisch amortisiert sich eine solche Anlage schon nach kurzer Zeit. Dies zeigt bereits eine überschlägige Rechnung, wenn man in einem ersten Ansatz den Preis für Blockmaterial zu 2 000 €/t, den Erlös aus Späne zu 1 000 €/t ansetzt und eine jährliche Schmelzleistung von 1 500 t (5 000 h/a à 300 kg/h) erreicht. Voraussetzung für einen kurzen Return on Investment ist allerdings, dass die Anlage korrekt ausgelegt und dimensioniert ist und dass alle Anlagenkomponenten zuverlässig und störungsfrei arbeiten. Ferner muss auch die Metallausbeute des Schmelzprozesses stimmen, denn jedes Prozent Metallverlust mindert den Gewinn aus dem Recycling der Späne um ein Vielfaches.

Der STRIKOMELTER® MCM-T 7000/800 mit Lotuss-System® ist für den Abstich kippbar und hat 7 t Badinhalt

Schematische Darstellung des STRIKOMELTER® mit Lotuss® - System


 

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