本发明涉及一种用于回收金属废料，尤其是铝废料的方法和装置。
背景技术：
在生产和加工铝带材时在不同的出料位置出现生产废料(所谓“productionscrap”)。所希望的是将这些生产废料在循环运行中通过熔融重新用于生产在其生产过程中出现这些废料的产品。同样所希望的是，将在生产后产生的废料(所谓的“postproductionscrap”)重新用于生产相同或相似合金的产品，由此在这些废料中最终实现了循环运行。在生产之后出现的废料可以尤其为通过铝制产品的使用、消耗或者磨损所产生的废料。这些废料例如可以由冲压机所产生。
但因为在铝轧制机中通常加工不同的铝合金，经常会出现不同合金的废料彼此混合的情况。对于优选实施的循环运行来说，必须排除这种混合，因为否则在不同生产废料混合的情况下不能遵循合金元素的阈值。
为了识别出混合物，根据如今的现有技术，在出现的废料中取样并且进行研究，通常取2至30个试样。但是这里还存在有关废料实际组成的显著的统计不确定性，这种不确定性对于废料的高效循环运行来说过高。
如果未能发现废料的混合，可导致最大达100t的整个熔炼炉批次不符合规格要求，并且在更坏的情况下必须报废。
技术实现要素：
在此背景下，本发明的目的在于提供一种用于回收金属废料，尤其是铝废料的方法和装置，利用该方法可以达到废料更好的循环运行。
根据本发明，该目的至少部分地通过用于回收金属废料，尤其铝废料的方法解决，在该方法中，以多个彼此分离的子料堆的形式提供一定量的金属废料，尤其是铝废料，并且在该方法中为每个子料堆进行组成分析并且为各个相应的经过分析的子料堆分配基于该组成分析的组成信息。
金属废料，尤其铝废料，可以尤其是生产废料，也就是说在生产操作中产生的废料，例如辊轧铝带材边缘修整时的修边废料。
在该方法中，以多个彼此分离的子料堆的形式提供一定量的金属废料，尤其铝废料。彼此分离的子料堆的意思是总废料各个彼此分开存放并由此可以保持分离的部分。子料堆优选以单独的集合的形式提供，在这些集合中，每个子料堆的废料分别集中在一个包装中，例如废料容器中。
优选将在生产操作中出现的废料分配至不同的废料容器。尤其可以设置先后填充以一定量废料的多个废料容器。通过这种方式，废料容器分别盛有在生产操作中以特定时间间隔出现的废料。
在该方法中对每个子料堆进行组成分析。出于此目的，对子料堆的废料尤其进行化学分析，以得出一种或者多种包含在废料中的合金元素的份额(含量)。
该分析尤其在废料的总量上进行，而不是在单个的试样上进行，试样可能会导致高的不准确性。通过对于子料堆总量的分析可识别出杂质，由此实现了工艺废料的高效循环运行。
为各个相应的经过分析的子料堆分配基于该组成分析的组成信息。例如可以为子料堆分配特定合金元素(如fe，si，mn，mg等)的含量值。
这种分配可通过下列方式进行，即，为子料堆设置明确的标志，例如通过为盛有某子料堆废料的废料容器做文字标记，并且在数据处理设备的电子存储器中将该子料堆的标志与其所属的组成信息例如在表格中相联系。
对于废料的循环利用来说，优选将废料在出料位置保持分离，以避免不同合金的混合。这种废料分离在出料位置上通过小的子料堆或集合进行，其质量例如为100至2500kg。但是在小的子料堆或集合中不能完全排除废料的混合。生产之后出现的废料，例如由汽车工业中的冲压车间所产生的废料也可以以最大15000kg的较大子料堆存在。
本发明所基于的认知在于，废料更加高效的循环运行可通过将废料划分为小的子料堆结合对子料堆的废料的完全分析来达到。通过这种方式可以识别被外来废料所污染的子料堆并且目的性地将其从工艺废料的循环运行中排除，并且另作他用，优选用作其它合金，尤其铝合金。
已经确定，将废料划分成子料堆已经形成了优势，因为在生产操作中，不同合金的废料通常先后出现，并且由此通过对多个废料容器的先后填充已经达到了对不同合金废料的分离。但同样确定，在生产操作中进行产品更换时经常在各个废料容器中在更换之前或者之后出现合金的混合。通过对子料堆的完全分析实现了可靠识别出这种混合并且在接下来对于子料堆的使用中考虑到这一点。
子料堆优选分别具有500和15000kg范围内的质量，优选500至5000kg，尤其1000至4000kg。
尤其基本上将子料堆的总废料量进行研究，由此达到了比试样分析明显更高的可靠性。如果在子料堆中(或在集合中)确定有杂质，那么优选不将该子料堆/集合输送至循环运行中，而是另作他用，例如用于其它铝合金。不含杂质的子料堆/集合可用于循环运行。杂质可通过子料堆/集合的总废料量的各个单独合金元素的累计含量的确定来确定。如果一种或者多种合金元素的含量在组成分析中例如超过了预定的阈值，那么可以认为存在杂质。哪些合金元素不允许超量取决于在循环中流通的废料所对应的产品。
根据本发明，上述目的还至少部分地通过一种装置解决，该装置构建用于实施前述方法或者具有用于实施前述方法的装置。
接下来说明该方法和该装置的不同实施形式，其中各个单独的实施形式分别既可用于方法也可用于装置，并且此外可以彼此任意结合。
在第一种实施形式中，通过将子料堆的所有废料输送至分析装置并由该分析装置进行分析以进行该子料堆的组成分析。通过这种方式将该子料堆的废料整体上进行研究，由此如例如在试样分析中出现的统计不确定性基本不会出现。
在另一个实施形式中，组成分析包括光谱分析，尤其是激光诱导等离子体光谱分析(libs)，x射线荧光光谱分析(xrf)和/或中子活化分析(pgnaa)。已经确定，这些方法特别适用于对子料堆的全部废料进行分析。在激光诱导等离子体光谱分析中，尤其利用脉冲激光束将材料从各个单个的废料颗粒上移除并且将由该移除的材料所发射的光进行光谱学研究。在x射线荧光光谱分析中将废料材料以x射线激发并且将由该材料所发射的光进行光谱学研究。在中子活化分析中，通过放射源的中子将废料材料的原子核激发并且将由这些原子核所发射的伽马射线或x射线进行光谱学研究。利用这些方法可以进行分析，哪些合金元素以怎样的浓度包含在废料中。
在另一个实施形式中，组成信息包括至少一个合金组分占所分析的子料堆总重量的重量份额的值。该重量份额的值可以是相对值，例如为合金组分以重量％为单位的含量，或者为绝对值，例如合金组分以kg为单位的含量。
在另一个实施形式中，组成信息包括子料堆的重量值，例如kg为单位的子料堆重量。出于此目的，尤其可以在组成分析之前、之后或之中进行子料堆的称重。例如如果借助于传送带将子料堆的废料运输至分析装置，那么可以通过带式衡器获得废料重量。子料堆的重量值尤其对于决定可以以何种方式来继续应用所涉及的子料堆来说是有意义的。
在另一个实施形式中，将子料堆作为分别所对应的组成信息和预定的归类规定的函数分别归类至多个等级中的一个。通过这种方式借助于各个相应的组成达到了对子料堆的分级，由此可以更加目的性地来应用各个子料堆，例如为了生产具有特定合金组成的产品。这种级别的归类例如可借助于电脑进行。
在另一个实施形式中，仅将这样的子料堆归类至第一等级，即，其至少一个合金组分的重量份额值位于为该合金组分所设定的范围内。例如可以通过某种特定合金元素，例如mg的上限值来定义第一等级。为了此目的，组成信息优选含有特定合金元素的含量值。如果该合金元素的含量低于由该等级所设定的极限值，那么将所涉及的子料堆归类至该等级。如果与此相反，该合金元素的含量高于由该等级所设定的极限值，那么不将该子料堆归类至该等级，而是在可能情况下归类至其它等级。
在另一个实施形式中，将子料堆作为分别所对应的组成信息的函数归类至多个所设定的合金规格中的分别一个。在生产操作中通常已知在运行过程中加工哪些合金。因此可以预期，在该生产操作中所出现的废料不是具有任意的一种合金，而是在操作中所使用的已知合金中的一种。在本实施形式中，利用该信息以达到对子料堆更好的分析。出于此目的可以将在生产操作中所使用的合金设定为合金规格。由此，可将所分析的子料堆归类至其组成与该子料堆的组成信息相符的那个合金规格中。如果子料堆的组成信息例如显示出特别小的mg含量，那么当其余合金规格都要求较高的mg含量时，可以将所涉及的该子料堆归为具有低mg含量的合金规格。
在另一个实施形式中，从多个子料堆中选出一个或者多个具有为至少一个第一合金组分所设定的目标范围的子料堆，其中该选择如下地进行，将这些子料堆作为其至少一个第二合金组分含量的函数归类至所设定的多个合金组成中的一个，并且只有在对应于各个相应子料堆的、所设定的合金组成的第一合金组分位于为该第一合金组分所设定的目标范围内时才将其选出。合金组分的目标范围的意思是这样的范围，即，所选出的子料堆的所涉及的合金组分的含量应位于该范围内。
该实施形式尤其适用于为合金的生产选择子料堆，其中该合金对于以分析装置只能很差地控制或者不能足够准去地控制的合金组分有着要求，例如因为所涉及的合金组分所要求的最大含量位于检测界限之下。在本实施形式中，不直接通过难以控制的第一合金组分，而是间接地通过可更好检测的第二合金组分来确定合适的子料堆。这尤其在使用有关原则上现有的合金组成的额外信息时是可能的。在进行生产操作时，所加工的产品的合金组成通常是已知的，由此仅需要将所产生的废料归类至这些合金组成中的一种，以获得废料的组成。由此可以通过特定(第二)合金组分特征性的含量推断出所属的合金并且通过所属合金的已知组成反过来推导出本身难以测量的特定(第一)合金组分的含量。
在另一个实施形式中，将归类为预先设定的等级或者预先设定的合金组成的子料堆集中为大料堆。通过这种方式可以根据组成将相似或者相同的子料堆目的性地集中在一起，以随后基于较大的料堆大小而更加经济地存放或运输。
在另一个实施形式中，通过将大料堆分为多个子料堆来提供多个彼此分离的子料堆。该大料堆例如可以具有大于20t，尤其大于25t的重量。如果例如提供有25t的大料堆废料，例如大宗废料配送以进行回收，那么例如可以将该大料堆划分成五个每个为5t的部分。然后根据所说明的方法分别对这五个子料堆进行组成分析。通过这种方式将其中混合有不同合金的废料的大料堆分解为子料堆，这些子料堆的组成通过组成分析分别基本上是完全已知的。子料堆的大小优选与装料过程相协调，因为很少将大料堆完全输送至熔炼炉中。
当大料堆的废料非常不均一时，将大料堆分为多个子料堆是尤其有利的。如果大料堆的废料包含有例如含有大量cu合金的块，那么该大料堆的cu含量在局部强烈集中。如果在不分为子料堆并且不进行组成分析的情况下简单地从大料堆上取一部分并且输送至熔炼炉中，那么所取的部分的cu含量很大程度取决于所取样的部分是否含有该块。因此，在这种处理方式中，关于cu含量的不确定性非常大。通过划分至子料堆以及对子料堆几乎完全的分析(而不是仅仅对试样进行分析)可以显著降低关于各个单独子料堆组成的不确定性。
在另一个实施形式中，从具有分别所对应的、有关生产具有给定规格的合金的组成信息的多个子料堆中，为待得到的合金组成选出合适子料堆的子集，也即是作为子料堆所对应的组成信息和设定的规格的函数。
通过这种方式可以提供优化的目标装料以生产合金，同时使用尽可能多的废料。用于装料优化的电脑算法原则上是已知的。但其应用目前为止由于在废料组成方面高的不确定性还存在问题。通过将废料分为子料堆以及所对应的可靠组成信息使得可以利用所说明的方法显著更加可靠地实施这种装料的优化。
在另一个实施形式中，将子料堆存放以供自由选择，直至为生产具有为待得到的合金组成而设定的规格的合金而选出。通过这种方式可根据其组成来目的性地取出各个单独的子料堆并用于特定的应用。例如可以在货架仓库中的各个废料容器中存放子料堆。
附图说明
本发明的其它特征和优点在接下来对多个实施例的说明中给出，其中引用所附图示。图中：
图1示出了根据本发明的方法的第一种实施例，
图2示出了图1中方法的组成分析步骤，
图3示出了根据本发明的方法的第二种实施例，
图4示出了根据本发明的方法的第三种实施例，
图5示出了根据本发明的方法的第四种实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的方法的第一种实施例。在该方法中，将在生产操作2中出现的铝废料填充到多个废料容器4a-c中并通过这种方式以多个彼此分离的子料堆6a-c的形式提供。图1中示例性仅示出了三个子料堆6a-c，但在生产操作2中通常会提供显著更多数量的子料堆。
生产操作2在本实施例中是用于生产铝带材10的辊轧操作(在图1中通过辊压机架8示出)。在这种辊轧操作中，在对被辊轧的带材10进行边缘修整时特别在修边剪12处产生修边废料14。将开始为空的废料容器4a-c在修边剪12处准备好，然后依次以废料14填充至设定的重量，例如为2t。
在辊轧操作中通常将由不同合金制成的产品依次辊轧。在合金更换时这会导致当在从一种合金的辊轧产品至另一种合金的辊轧产品过渡中没有准确地在修边剪12处更换废料容器时，由不同合金组成的废料14进入同一个废料容器中。
已经确定，对子料堆中废料仅仅试样式的研究导致大的统计不确定性，因为废料的真正组成部分地会与试样式分析有明显偏差。因此，在熔化铝时，之前仅能将坩锅以废料填充至例如80％并进行熔融。在熔化后需要对熔融物进行化学分析，以获得合金真正的组成。该组成经常与由对废料进行的试样式分析算出的组成偏差显著，由此必须以定义过的方式填充坩锅容量的剩余20％以对合金组成进行修正。
在本发明中，该问题这样克服，即，将废料准备在子料堆中，由此实现了为熔融而目的性选择所定义的废料量，并且另一方面为每个子料堆进行组成分析。
相应地，在图1中的实施例中，在准备子料堆6a-c之后在分析步骤16中进行组成分析。为此目的将容器4a-c与子料堆6a-c彼此分离地输送至分析装置18处，利用该分析装置可以分析子料堆6a-c的废料组成。
图2示出了该分析步骤16的实例。优选将废料容器4a的内容物，也就是子料堆6a的废料14，均匀地放至传送带22上并由此连续地运输通过分析装置18。分析装置18在该实例中为用于中子活化分析(pgnaa)的分析装置。出于此目的，分析装置18具有中子源26，例如合适的放射性同位素，如252cf，其能够提供中子28，利用该中子冲击废料14。中子28引起废料14中原子核的激发，由此这些原子核发射出具有对于该相应的元素来说典型的光谱的x射线30。通过在光谱仪32中对这些x射线30的分析由此可以推断出包含在废料中的元素以及其含量。此外，分析装置18还具有带式衡器34，通过该带式衡器可以确定子料堆6a中废料14的重量。从光谱仪32的该分析结果中以及由带式衡器34，分析装置18可以可靠地确定子料堆6a中合金元素的相对含量和绝对含量。在这种分析中，分析结果的可靠性尤其由此达到，即基本上将子料堆6a全部的废料量进行分析而不是像试样分析中那样仅分析一小部分。
在分析装置18中进行的分析结束后将废料14通过传送带22运输至废料容器36并且在其中分开存放，直至进一步应用。首先不将不同的子料堆6a-c进行混合。为重新容纳在废料容器36中的子料堆6a分配基于分析装置18的分析结果的组成信息38a。组成信息38a例如可以含有子料堆6a特定合金元素的绝对和相对含量以及子料堆6a的重量。为了分配组成信息，为盛有子料堆6a的废料容器36分配标志40。该标志40例如以条形码或者类似物的形式施加在废料容器36上。在图1和3至5中将该分别分配给子料堆的标志40通过文字“id1”，“id2”，“id3”等标出。
组成信息38a和标志40被传递到与分析装置18相连的数据处理设备42处。该数据处理设备将标志40和子料堆6a的组成信息38a相联系，例如通过在数据处理设备42的存储器44中存储表格，标志40和组成信息38a一同存储在该表格中。
在图2中示出的分析步骤16在图1中的实施例中为所有的子料堆6a-c进行，由此在该步骤后为每个子料堆6a-c都分配相应的组成信息38a-c。
通过在图1中的方法结束时，为每个子料堆6a-c分配相应的并且尤其可靠的组成信息38a-c，可以目的性地为合适的应用选出子料堆6a-c。
图3示出了方法的实施例，在该方法中通过组成信息38a-c将子料堆6a-c为特定应用划分为不同的等级。该实施例的方法首先包括在图1中示出的步骤，在子料堆6a-c中准备铝废料并且进行组成分析以及将组成信息38a-c分配至各个相应的子料堆6a-c。
在接下来的步骤52中将子料堆6a-c作为分别所对应的组成信息38a-c和预定的归类规定的函数分别归类至第一等级54或第二等级56中的一个。在该实例中，这种归类首先在步骤52中以数据处理设备42进行。
归类规定在该实例中如此定义，即将具有最大0.1重量％的mg含量的子料堆归类为第一等级54并且将具有大于0.1重量％的mg含量的子料堆归类为第二等级56。通过这种方式可以目的性地选择子料堆用于生产贫mg合金，方法是为此目的仅选择第一等级中的子料堆。
首先可以在数据处理设备42的存储器44中为各个子料堆分配相应的等级。在后续的步骤58中可以为相应的子料堆6a-c或保存有子料堆6a-c废料容器设置相应的标志。此外也可以通过将子料堆以按照等级分类的形式存储将该子料堆与一个等级在空间上彼此对应。同样可行的是将一个等级的多个或者所有子料堆集中成大料堆60。由此可以将第一等级54的子料堆6b和6c装填到共同的废料容器中然后例如出售至铝熔炼厂或者直接熔化。
图4示出了方法的另一个实施例，在该实施例中通过组成信息38a-c以及具有设定额合金规格的数据记录62将子料堆6a-c分别归类到某种合金规格中。该实施例的方法首先包括在图1中示出的步骤，在子料堆6a-c中准备铝废料量并且进行组成分析以及将组成信息38a-c分配至各个相应的子料堆6a-c。
在生产操作2中进行加工的合金的合金规格通常是已知的。已知的是，这些信息可以有利地用于子料堆6a-c的分析。
为此目的将在生产操作2中进行加工的合金的合金规格总结在数据记录62中，其中该关于合金规格(合金a，合金b等)中的每一个的数据记录包含关于特定合金元素(例如si，fe，mn，mg等)范围边界的信息。该数据记录存储在数据处理设备42的存储器44中。
数据处理设备42构建用于将组成信息38a-c与各个合金a，b等的合金元素的范围边界进行比较，并且将子料堆6a-c归类至相符的合金。在最有利的情况下，这种归类是清晰的，由此分别处理的组成信息仅符合数据记录中的正好一种合金。如果数据记录中的多个合金符合该组成信息，那么在数据处理设备42的程序中植入一条规则，该规则确定将相应子料堆归类至这些合金中的哪种。
在图4所示的实例中，合金a的规格例如要求＜0.05％的mg含量，而数据记录62中的其它合金需要更高的mg含量。在这种情况下例如可以将子料堆6b清晰地归类至合金a。
这种归类又可以通过在存储器44中存储子料堆的标志40和所对应的合金的关联来进行，或者通过在相应的子料堆或所属的废料容器上设置带有所归类的合金的相应标志进行。
将已知合金分配至各个子料堆实现了更好的分析，因为在进行分析时可以利用预知的信息。这种处理方式尤其实现了用于生产具有特定合金元素边界值的合金的子料堆的可靠识别，这些边界值位于分析装置18检测阈值之下。
如果例如需求具有特别小mg含量的子料堆，这些子料堆具有位于检测阈值之下的mg含量，并且已知如此小的mg含量仅在具有特征性mn含量的合金中出现，那么可以通过根据mn含量将这些子料堆归类至设定的合金而选出具有特征性mn含量并由此具有所希望的低mg含量的相应合金的子料堆。因此，这种处理方式实现了通过根据更容易测定的第二合金元素(这里为mn)而进行的归类而选出具有对第一合金元素(此处为mg)有特定要求的合金。
图5示出了方法的另一个实施例，在该实施例中通过组成信息38a-c而目的性地选出子料堆6a-c以生产所设定的目标合金。该实施例的方法首先包括在图1中示出的步骤，在子料堆6a-c中准备铝废料量并且进行组成分析以及将组成信息38a-c分配至各个相应的子料堆6a-c。
子料堆6a-c分开且可应用地存储在仓库72中，该仓库具有其它子料堆6d-l，其同样分配有相应的组成信息38d-l。组成信息38a-l存储在数据处理设备42的存储器44中。
为了生产具有设定合金规格74的特定合金，将具有所希望重量的合金规格74传递至数据处理设备42处。借助于用于装料优化的软件，该数据处理设备42由所希望的合金规格74和除了各个子料堆6a-l的相应组成还含有其相应重量值的组成信息38a-l确定子料堆6a-l具有合适含量和合适重量的合适合金元素的选择或子集76。子料堆6a-l的选择或者子集76可以从仓库72中取得并且例如集中为大料堆78，由此可以配送至熔炼厂或者直接进行熔化。
通过这种方式可以得到用于生产给定合金的、具有最大废料用量的优化目标装料。尤其可以通过这种方法将熔炼坩锅完全或者接近完全以废料填充，以得到所希望的合金。