NEMVASFÉMEK, NEMES- ÉS RITKAFÉMEK HULLADÉKAI
3.3
Szennyezett fémhulladék olvasztása só hozzáadása nélkül Tárgyszavak: alumíniumhulladék; olvasztás; kemence; tűztér; fűtőberendezés; tapasztalatok.
A Schmitz + Apelt LOI cég a Talum cégnél (Kidricevo, Szlovénia) üzembe helyezett egy kétkamrás alumíniumhulladék-olvasztó kamrát. A kemenceteret – ahogy az elnevezés is mutatja – egy fal két kamrára osztja (1. ábra). A kemencekamrák elválasztását felfüggesztett vagy szabadon álló hűtött falszerkezettel oldják meg. Az egész berendezés moduláris szerkezete (2. ábra) mindkét kamránál különböző megoldásokat tesz lehetővé: az adagolónyílások elhelyezhetők – egymással szemben – egymáshoz szögben elhelyezve, ahogy a Talum-berendezésnél történt vagy – egymás mellett. A szennyezett anyag a fémhulladékkamrába jut. A tüzelőtérbe fémrudak, T-vasak, vagy vastagfalú, tiszta fémhulladék adagolható. A berendezés kialakítása minden esetben az adottságoknak (fémhulladék részaránya, hulladék fém fajtája) megfelelően történik. Az üzemeltető részére ez a koncepció nagy mozgásteret, rugalmasságot tesz lehetővé. A két kamrát a közös fémfürdő köti össze egymással. Az olvadékhőmérséklet és -összetétel homogenitásának javítása érdekében fémolvadékszivattyúval látják el a berendezést. Ez az ún. „charge-well” segítségével a magasabb hőmérsékletű folyékony fémet a tüzelőtérből a fémhulladékkamrába szállítja, így egyidejűleg a megolvasztási folyamatot is segíti. Az alacsonyabb hőmérsékletű olvadék a válaszfal alatt ellentétes irányban a fűtőkamrába áramlik. A folyamat végén az olvadékot vagy folyamatosan kiveszik a fűtőkamrából és öntő- vagy melegítőkemencébe viszik, vagy egy csatornarendszeren keresztül közvetlenül az öntödébe vezetik.
olvasztókamra
az égetőkamra égői
1. ábra Kemencetér felépítésének sematikus ábrázolása
2. ábra A moduláris berendezés kialakítási alternatívái
Fémhulladék-felhasználás és olvasztás A fémhulladékkamrának a kemence teljes szélességében van adagolónyílása, így előzetes előkészítés nélkül a nagy darab hulladékok is bejuttathatók a berendezésbe. A szállítási rendszerhez tartozik egy speciális adagológép, amely a berakodás alatt a rakodóteret elzárja a környezetétől. Így nem-
csak a hőveszteséget kerülik el, hanem a kilépő kemencegázokat ellenőrzötten elvezetve elkerülik az öntödében dolgozó kezelőszemélyzet terhelését is. A fémhulladékot az olvasztóhídra helyezik el, előkészítő munkafolyamatokra – szárítás, darabolás – nincs szükség. Felhasználják a legkülönbözőbb fajta szennyezett fémhulladékokat, valamint a tiszta fémhulladékot is (főleg a préselőkből, olvasztókból, öntödékből visszajutó anyagokat). Tipikus szennyeződések a műanyagok, lakkok, gumi és más anyagok. Szokásos kemenceüzemelésnél a szennyezett fémhulladék aránya kb. 70%, maga a szennyező anyag 10%-ot is elérhet. A folyamatirányítás a felhasznált fémhulladék összetételéhez igazodik. A fémhulladékkamra hídjára helyezett alumíniumhulladékot első lépésben előmelegítik, a fémre tapadt szennyeződéseket 550 °C-on történő pirolízissel eltávolítják. A hulladék előmelegítéséhez a kemencegázokat két megnövelt sebességű keringtető ventillátorral a fémhulladékba fújják, egyidejűleg a keringtető egy részáramot közvetlenül a tüzelőtérbe, a svélgázlánghoz szállít. A forró gáz a tüzelőtérből ellenáramban áramlik a válaszfalban lévő nyíláson át a fémhulladékkamrába. A fémhulladékot tartalmazó kamrában lévő gázok ellenőrzése érdekében a pótégők üzemeltetésénél redukáló atmoszférára kell törekedni, hogy megakadályozható legyen az alumínium felületén a kiégés, reveképződés. Kidricevóban a felhasználandó hideg sarzsok tömege 20 t. A felhasznált primer fém ennek mintegy a fele, a sarzs másik felét a különböző fajta fémhulladékok adják: profilok, bádoglemezek, drótok. A hulladék kb. 10%-a 1 mm és az alatti falvastagságú. Az ilyen vastagságú fémhulladékok, forgácsok számára az adagolómedence fontos kiegészítő berendezés. Mivel ezek a hulladékok az olvasztási folyamat alatt az oxigénnel való érintkezésnél erős kiégésnek vannak kitéve, az adagolómedencében rögtön ötvöződnek az olvadékkal, és nem kerülnek érintkezésbe a környező levegővel. Az adagolómedence egy oldalon a fémhulladékkamra olvadékával, másik oldalon a tüzelőtérrel van összeköttetésben. Egy elektromágneses folyékony fém-szivattyúrendszer (EMP) szállítja az olvadékot a tűztérből az adagolómedencén át a fémhulladékkamrába. A választott áramlási irányon át nemcsak a forró olvadékot szivattyúzza a fémhulladékkamrába, hanem a bevitt fémhulladék kapcsán keletkező salakot is odaviszi. Így a tűztér tiszta marad. Az adagolómedencében a szabadalmaztatott szerkezet segítségével örvény keletkezik, amely a bevitt finom fémhulladékot rögtön az olvadékba viszi. A keringtetett mennyiség 400–650 t/h. A fémhulladék fűtését három hőforrás végzi: – a visszavezetett füstgáz szárítja, illetve előmelegíti a fémhulladékot, és a feltapadások pirolízisét okozza; – két pótégő segíti a folyamatot, és gondoskodik a redukáló atmoszféráról;
– a keringtetett olvadék gondoskodik az egyenletes olvadék-hőmérsékletről.
Tűztér és fűtőberendezések A fémhulladék-kemencével a közös folyékony fémfürdőn keresztül összekötött tűztérben az olvadék felmelegszik. Erről a fürdő felületére irányuló öszszesen három égő gondoskodik. Az energetikai hatás optimalizálását lényegében két intézkedés szolgálja: – A három égő közül kettő pótcsatlakoztatással svélgázvezetésre van kialakítva. A pirolízisnél képződő svélgáznak figyelemreméltó energiatartalma van, amelyet ezen a módon hasznosítanak. – A füstgázt a fűtőkamrából eltávolítják, és egy forgóágyas generátorhoz (Eco-Reg, Schmitz+Apolt LOI/Jasper) vezetik. Ezzel a speciális hővisszanyerő egységgel a hagyományos rekuperátorokkal szemben kb. 20% energiát takarítanak meg. A recikláló kemencében az EcoReg-regenerátor felhasználásánál a Schmitz+Apelt LOI úttörő munkát végzett. Ennek a regenerátornak legfontosabb ismérve az eddigi rekuperátorokét jelentősen meghaladó nagy levegőelőmelegítő képessége, amelyet speciális konstrukcióval értek el. Számokban: a rekuperátorok 300–400 °C-os előmelegítési hőmérsékletével szemben a regenerátorral 900 °C-ot értek el. A véggázok 250 °C alá történő gyors lehűtése emellett megakadályozza a dioxinok újrakeletkezését. A regenerátorágy hőcseréhez szükséges töltésének kialakítása keramikus sejtszerkezetű vagy golyótöltésű is lehet. A nagyfokú energiakihasználás és környezetkímélő megoldás mellett a regenerátor egyéb előnyöket is nyújt: – konstrukciója miatt változatlan a levegő-előmelegítési hőmérséklet, – a levegő és véggáz útja közti változtatás elmaradásával a kemencetérben állandóan pontos a nyomásszabályozás.
Üzemeltetési tapasztalatok Kidricevóban az új beüzemelt kemence teljesítménytesztjei igazolták a kemence öntvényteljesítményét és a garantált alacsony energiafelhasználási értékeket. A kétkamrás olvasztókemence naponta 160 tonna folyékony alumíniumot termel. Ma egyre nagyobb jelentőséget kap az elérhető reciklálási minőség kérdése, a minőségi követelmények magasak. Egyik oldalon a fémhulladék lehetőség szerint minél teljesebb újrahasznosításának követelménye miatt a reciklálás többé nem korlátozódhat az alacsony szennyezettségű, értékes fémhulladékra. Másik oldalon viszont a préselőipar és a végfelhasználók a minőségi követelményeket egyre magasabbra teszik.
A paraméterek egyértelműen mutatják, hogy a leírt eljárás olyan anyagminőséget ér el, amely megfelel a többi, jóval nagyobb ráfordítást igénylő eljárásnak. Emellett a sómentes kemenceüzem jelentékenyen hozzájárul az olvasztás gazdaságosságához. A kétkamrás olvasztókemence gazdasági előnyei: – a szennyezett fémhulladék előkezelés nélkül felhasználható, – redukált kemencelégtérrel és adagolómedencével a lehető legnagyobb a fémkihozatal, – pirolízisgázok hasznosításával és hatékony véggázhűtéssel kisebb az energiaszükséglet, – sómentes üzemelésnél nem jelentkezik ártalmatlanítási probléma. Ezekre az előnyökre és a hasznosítható hulladék állandóan növekvő arányára tekintettel a Schmitz+Apelt LOI ezt az olvasztóegységet az alumínium jövőbeni újrahasznosítása lényeges elemének tekinti. A következő, 40 tonnás, billenős kivitelű kétkamrás olvasztókemencét jelenleg már építik Kidricevóban, ugyancsak a Talum cég részére. Maribortól kb. 25 km-re a Kidricevóban lévő Talum alumíniumkohói 1954-ben 15 E t mennyiséggel kezdtek üzemelni. 1960 és 1964 között a mai Potline A kapacitását 22 E t-ra bővítették. Ebben az időszakban kezdett működni a Potline B 22 E t kapacitással. 1985-ben a kohómű új menedzsmentje modernizálási programot indított, amelyet 1988-ban fejeztek be. A programhoz tartozott a modern Potline C építése. Ezután a Potline C-t kompletten előre gyártott anódra állították át, ez megfelelő anódtermelést eredményezett. Két évvel később, 1991-ben az oxidtermelést és a Potline A-t üzemen kívül helyezték. Jelenleg a kohók teljesen megújultak és modernizálódtak. A Potline C-t 80 E t kapacitással alakították ki. A folyamatban lévő program végén az üzem kapacitása – beleértve az átolvasztást – mintegy 155 E t-t fog elérni. Az öntöde 65 E t sajtolt csapszeget, hengerelt árut, öntött abroncsot, valamint primer alumíniumot termel. sajtolt csapszeg termelésnél kooperál a Hydro Aluminium üzemmel, a kidricevói üzem hengerelt áru kapacitása 15 E t. (Dr. Csokonay Józsefné) Meyer, H. J.; Bleh, T.: Erfolgreiche Inbetriebnahme eines Zweikammer-Schmelzofens. = Aluminium, 78. k. 9. sz. 2002. p. 632–640. Thomas, C.: Let’s enhance metal recycling. = Canadian Mining Journal, 123. k. 5. sz. 2002. dec. p. 26.
