AMB 2018

Christian Hamers und Andreas Jessberger,

Vorteile durch Spänerecycling

Der Recyclingkreislauf von Aluminium beginnt und endet im Schmelzwerk. Dazwischen wird das Leichtmetall in verschiedenen Industriebetrieben diverser Branchen zerspant und im Idealfall mit Brikettieranlagen zu hochfesten Briketts gepresst. Aber warum ist die Brikettierung wirtschaftlich sinnvoll?

Beispiel einer Brikettiermaschine. Ruf Maschinenbau liefert sie für alle Anwenderbereiche: Walzwerke, Extruder, Zerspanungsbetriebe sowie Remelter beziehungsewise Refiner. © Ruf

Aluminiumspäne fallen während des gesamten Produktentstehungsprozesses an – bei der Oberflächenbearbeitung von gegossenen Bolzen und Walzbarren, der Profil-, Platten- und Blechherstellung sowie bei der Bearbeitung von Bauteilen. Je nachdem, ob gefräst, gedreht, geschliffen oder gesägt wird, sind die oft feuchten Späne in puncto Beschaffenheit sehr unterschiedlich – wollartig, spiralförmig, grob, fein et cetera. Allen gemein ist: Sie werden wieder eingeschmolzen, beim Remelter oder beim Refiner. Dies stellt jeweils sowohl das Ende als auch den Neubeginn des ewigen Aluminium-Recycling-Kreislaufes dar.

Innerhalb dieses Kreislaufes ist der Umgang mit Aluminiumspänen vor allem für vier Branchen wichtig: Walzwerke, Presswerke, Zerspanungsbetriebe und Schmelzwerke. Generell gilt dabei, dass lose Späne ein großes Volumen bei geringem Gewicht einnehmen, sprich: Sie weisen ein geringes Schüttgewicht auf, typischerweise 140 bis 250 kg/m³. Dies verteuert sowohl das Lagern als auch den Transport – intern wie extern. Die Späne werden daher gepresst. Dabei ist die eingesetzte Technologie von Bedeutung. Maschinen von Ruf können auf 2.200 bis 2.400 kg/m³ verdichten, im Einzelfall auch darüber. Zum Vergleich: Die Dichte von Festaluminium liegt durchschnittlich bei 2.700 kg/m³.

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Brikettieren im...

Walzwerk: Späne fallen hier beim Abfräsen der Guss-oberfläche an. Zudem entstehen bei der Verarbeitung zu Blechen, Coils oder Folien sogenannte Kantentrimmungsschnipsel. Beides gilt es zu brikettieren. Ist dem Unternehmen ein Schmelzwerk angegliedert, wird das gepresste Aluminium diesem direkt zugeführt (höchste Wertschöpfung). Andernfalls wird es gelagert und auf dem Schrottmarkt verkauft.

Auf Grund der hohen Dichte im Vergleich zu losen Spänen reduzieren sich Lager- und Transportkosten durch die Verwendung von Briketts. Außerdem erzielen Briketts höhere Verkaufserlöse, weil diese besser für das Einschmelzen geeignet sind.

Die Vorteile: reduzierte Lager- und Transportkosten, verminderte Betriebskosten durch In-House-Recycling, optimierte Verkaufserlöse.

Presswerk: Späne werden primär durch das „Überdrehen“ und Sägen gegossener Rundbolzen und fertiger Strangpressprofile produziert. Da nur wenigen dieser Unternehmen ein Schmelzwerk angegliedert ist, sind die Lager- und Transportkosten besonders bedeutsam. Auch werden höhere Verkaufserlöse erzielt, vor allem, weil Presswerke über sortenreine Späne klar definierter Zusammensetzung verfügen. Diese lassen sich beim Einschmelzen als Legierungszugaben verwenden, was bei Schmelzwerken beliebt ist, da sie deshalb weniger teure Legierungs- und Zuschlagstoffe zukaufen müssen.

Die Vorteile: reduzierte Lager- und Transportkosten, optimierte Verkaufserlös, optimiertes Wiedereinschmelzen.

Zerspanungsbetrieb: Zerspanungsbetriebe sind unter anderem in der Automobilindustrie, der Luftfahrt und im Maschinenbau zu finden. Für sie gehört der Umgang mit Spänen als „Abfallprodukt“ der Zerspanung zum täglichen Geschäft. Auch hier sind die Vorteile der Brikettierung im Hinblick auf Lager- und Transportkosten ebenso gegeben wie die Optimierung der Verkaufserlöse, denn durch die Brikettierung reduziert sich das Volumen je nach Späneform um das Sechs- bis Zwanzigfache. Darüber hinaus gibt es in diesem Anwendungsbereich einen weiteren wichtigen Faktor: die Rückgewinnung von Kühlschmierstoffen, Emulsionen oder Öl.
Anlagen von Ruf sind hierfür mit einer integrierten Auffangeinrichtung für Flüssigkeiten ausgestattet. Dadurch bleibt der Lagerplatz sauber – ganz im Sinne geordneter Fertigungsabläufe und einem praktizierten Umweltschutz. Wenn Maschinen zudem automatisch arbeiten und nur der Zu- und Abtransport von Spänen beziehungsweise Briketts durch Bedienpersonal auszuführen ist, reduzieren sich darüber hinaus die Personalkosten, und die Arbeitssicherheit wird erhöht.

Die Vorteile: reduzierte Lager- und Transportkosten, Rückgewinnung der Emulsion, optimierte Verkaufserlöse, Arbeits- und Umweltschutz.

Briketts im Schmelzwerk

Remelter und Refiner sind Schmelzwerke, die sich unter anderem durch die hergestellten Produkte unterscheiden. Remelter produzieren meist Knetlegierungen als Draht, Bolzen sowie Walzbarren. Refiner stellen Gusslegierungen her, meist in Form von Masseln. Beide verwerten unter anderem Späne. Dabei ist der Unterschied, ob loses oder brikettiertes Aluminium eingeschmolzen wird, in jedem Fall erheblich. Denn unter Flammeinwirkung „verbrennt“ das Leichtmetall sehr schnell, statt zu schmelzen. Da das Verhältnis Oberfläche zu Dicke bei Spänen besonders groß ist, geht durch diesen Abbrand viel Material verloren. Außerdem hat die große freie Aluminium-
oberfläche der Späne eine hohe Neigung zur Oxidbildung. Auch dieses geht im Schmelzofen in Form von Krätze verloren.

Ein weiterer Problemfaktor beim Schmelzen von Aluminium: Kommt das flüssige Metall unvermittelt mit anderen Flüssigkeiten wie Kühlschmierstoffen in Kontakt, findet eine fast explosive Reaktion statt. Entsprechend wichtig ist das Thema Restfeuchte. Bei losen Spänen liegt der Feuchteanteile oft bei 20 Prozent und mehr. Wird nicht brikettiert, muss den Spänen durch Zentrifugen und weitere Trocknungsanlagen die Feuchte entzogen werden. Die Brikettierung ist demgegenüber wirtschaftlicher, vor allem wenn hochwertige Anlagen zum Einsatz kommen. Denn eine entsprechend hohe Presskraft reduziert den Feuchteanteil auf drei bis fünf Prozent. Bei anschließender trockener Lagerung der Briketts verringert sich dieser Wert auf bis unter zwei Prozent. So lassen sich die Briketts gefahrlos und effizient einschmelzen.

Die Vorteil für Remelter und Refiner: reduzierte Lager-kosten, erhöhte Sicherheit, gesteigerte Produktqualität, Effizienz und Metallausbeute, reduzierte Anlageninvestition, optimierte Verkaufserlöse.

Für Refiner haben Briketts noch einen Zusatzvorteil: Aufgrund des Abbrandes und der Oxidation können lose Späne in einigen Schmelzaggregaten gar nicht oder nur sehr kostenintensiv chargiert werden. Der Schmelzprozess von losen Spänen im Drehtrommelofen erfordert Salz. Das Problem hierbei: Die übrigbleibende Salzschlacke muss entsorgt oder kostenintensiv nachbehandelt werden. Herdschmelzöfen lassen sich mit sogenannten Vortex-Einrichtungen ausstatten, die in Kombination mit elektromagnetischen oder mechanischen Pumpen betrieben werden. Auf diese Weise werden die Späne in die Schmelze eingerührt. Das funktioniert weitgehend gut, ist aber aufwändig. Denn neben den Anschaffungskosten brauchen die Einrichtungen Platz, regelmäßige Wartung, und es entstehen zusätzliche Personal- und Betriebskosten – insbesondere auch durch hohen Verschleiß. Durch Brikettierung wird kein beziehungsweise nur in geringen Mengen Salz benötigt. Die Nebenkosten reduzieren sich.

Mehr Ausbeute beim Schmelzprozess

Unabhängig von der Ofentechnologie funktioniert der Schmelzprozess mit hochverpressten Briketts am besten. Entscheidend hierfür ist die Dichte der Briketts, die bei 2.200 bis 2.400 kg/m³ liegen sollte. Die Dichte von flüssigem Aluminium ist legierungsabhängig bei durchschnittlich rund 2.350 kg/m³. Folglich schwimmen die Briketts kaum auf, was Abbrand und Oxidbildung auf ein Minimum reduziert. Aus diesem Grund berichten Refiner meist von einer mindestens zwei Prozent höheren Ausbeute. Einige bestätigen sogar fünf bis sieben Prozent mehr Metallausbeute.

Christian Hamers, freier technischer Berater bei Ruf, Andreas Jessberger, Vertriebsleiter bei Ruf Maschinenbau / ag
AMB, Halle 8, Stand C58

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