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Aluminiumkreislauf: Zerspanen, Brikettieren, Schmelzen
Hochwertige Brikettieranlagen erhöhen Wirtschaftlichkeit und Ausbeute
Der Recyclingkreislauf von Aluminium beginnt und endet im Schmelzwerk. Dazwischen wird das Leichtmetall in verschiedenen Industriebetrieben diverser Branchen zerspant und im Idealfall mit Brikettieranlagen von RUF zu hochfesten Briketts gepresst. Aber wo genau entstehen die Späne eigentlich und warum ist die Brikettierung meist wirtschaftlich sinnvoll?
Aluminiumspäne fallen während des gesamten Produktentstehungsprozesses an – bei der Oberflächenbearbeitung von gegossenen Bolzen und Walzbarren, der Profil-, Platten- und Blechherstellung sowie natürlich bei der Bearbeitung von Bauteilen. Je nachdem, ob gefräst, gedreht, geschliffen oder gesägt wird, sind die oft feuchten Späne in punkto Beschaffenheit sehr unterschiedlich – wollartig, spiralförmig, grob, fein etc.. 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.
Doch worauf kommt es dabei im Detail an? Generell gilt, dass lose Späne ein großes Volumen bei geringem Gewicht einnehmen – also ein geringes Schüttgewicht aufweisen, das typischerweise bei 140 bis 250 kg/m3 liegt. Dies verteuert sowohl das Lagern als auch den Transport – intern wie extern.
Um dies zu ändern, müssen die Späne gepresst werden. Dabei ist die eingesetzte Technologie von großer Bedeutung. Maschinen von RUF können auf hohe 2.200 bis 2.400 kg/m3 verdichten (oder im Einzelfall auch darüber) falls dies gefordert ist. Zum Vergleich: Die Dichte von Festaluminium liegt durchschnittlich bei 2.700 kg/m3.
Angepasste Brikettiertechnik von RUF
Ob Walzwerk, Presswerk, Zerspanungsbetrieb oder Schmelzwerk – entscheidend ist immer, eine bedarfsgerechte und hochwertige Brikettieranlage einzusetzen. RUF verfügt über ein entsprechend großes Anlagenspektrum mit angepasster Automatisierung und weiterem Zubehör. Darüber hinaus bestätigen die zahlreichen Anwender von RUF-Anlagen eine hohe Robustheit, geringe Wartungskosten sowie einen zuverlässigen Service. So wird der ROI häufig schon nach ein bis zwei Jahren erreicht.
Als Innovationsführer investiert das bayerische Unternehmen regelmäßig in die Optimierung seiner Anlagen und kooperiert dazu mit Forschungsinstituten und Universitäten. Darüber hinaus arbeitet RUF intensiv mit seinen Kunden zusammen. So bietet das Unternehmen die Möglichkeit, Späne aus Kundenanfall in hauseigenen Versuchsanlagen „zu testen“ und/oder Brikettiermaschinen auszuleihen. Auf dieser Basis entwickeln die Ingenieure von RUF für den Einzelfall optimierte Anlagenlösung und es lassen sich mitunter neue Einsatzbereiche erschließen.
Brikettieren im Walzwerk
Im Walzwerk fallen Späne beim Abfräsen der Gussoberfläche 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.
Vorteile in Kürze: Lager- und Transportkosten reduziert, Betriebskosten durch in-house-Recycling reduziert, alternativ Verkaufserlös optimiert
Weltweit ca. 130 RUF-Brikettieranlagen im Einsatz
Brikettieren im Presswerk
Presswerke produzieren Späne primär durch das „Überdrehen“ und Sägen gegossener Rundbolzen sowie fertiger Strangpressprofile. Da nur wenigen Unternehmen dieser Art 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.
Vorteile in Kürze: Lager- und Transportkosten reduziert, Verkaufserlös optimiert, Wiedereinschmelzen optimiert.
Weltweit ca. 180 RUF-Brikettieranlagen im Einsatz
Brikettieren im Zerspanungsbetrieb
Zerspanungsbetriebe sind in vielen Branchen zu finden wie z.B. in der Automobilindustrie, der Luftfahrt und dem Maschinenbau. 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 stets sauber –ganz im Sinne geordneter Fertigungsabläufe und einem praktizierten Umweltschutz. Wenn Maschinen zudem automatisch arbeiten und nur der Zu- und Abtransport von Spänen bzw. Briketts durch Bedienpersonal auszuführen ist, reduzieren sich darüber hinaus die Personalkosten, und die Arbeitssicherheit wird erhöht.
Vorteile in Kürze: Lager- und Transportkosten reduziert, Rückgewinnung Emulsion, Verkaufserlös optimiert, Arbeits- und Umweltschutz.
Weltweit ca. 850 RUF-Brikettieranlagen im Einsatz
Brikettieren beim Remelter und Refiner
Remelter und Refiner sind Schmelzwerke, die sich unter anderem dadurch unterscheiden, welche Produkte sie herstellen. 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 Aluminiumoberfläche der Späne eine hohe Neigung zur Oxidbildung. Auch dieses geht im Schmelzofen in Form von Krätze verloren.
Ein weiterer Problemfaktor beim Schmelzen von Aluminium: Wenn das flüssige Metall unvermittelt mit anderen Flüssigkeiten wie Kühlschmierstoffen in Kontakt kommt, 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 deutlich 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.
Vorteil für Remelter und Refiner: Lagerkosten reduziert, Sicherheit erhöht, Produktqualität, Effizienz und Metallausbeute gesteigert, Anlageninvestition reduziert, Verkaufserlös optimiert.
Zusatzvorteil für Refiner: kein bzw. geringerer Salzeinsatz, Nebenkosten reduziert.
Weltweit ca. 130 RUF-Brikettieranlagen im Einsatz
Anforderungen von Schmelzbetrieben
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 den Einsatz von Salz. 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.
Zwei bis sieben Prozent mehr Ausbeute beim Schmelzprozess
Unabhängig davon welche Ofentechnologie zum Einsatz kommt, mit hochverpressten Briketts funktioniert der Schmelzprozess bestmöglich. 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.
Autoren: Christian Hamers, freier technischer Berater bei RUF und Andreas Jessberger, Vertriebsleiter bei Ruf Maschinenbau GmbH & Co. KG
