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Verfahren zur thermischen Behandlung von schmelzflüssigen
Hochofenschlacken od. dgl. Materialien
Die zur Zementerzeugung bestimmten Hochofenschlacken müssen beim Verlassen des Hochofens abgeschreckt werden, damit sie im glasartigen, nicht kristalbsierten Zustand stabilisiert werden und nach Zerkleinerung und Anrühren mit alkalischem Wasser hydraulische Eigenschaften aufweisen. Das gleiche gilt für alle analogen Materialien, d. h. für die Schmelzgemische von sauren und basischen Oxyden, wie Kalk, Baryt, Soda, Kieselsäure, Tonerde, Eisenoxyd usw., die nach dem Abschrecken unter den gleichen Bedingungen wie die Schlacken hydraulische Eigenschafter zeigen. Was nachstehend bezüglich der Schlacken ausgeführt wird, betrifft allgemein auch diese analogen Materialien.
Der gebräuchliche Abschreckvorgang erfolgt durch Ablöschen mit Wasser in der Weise, dass man einen aus dem Hochofen kommenden und durch eine Rinne geleiteten Schlackenstrom in eine zweite Rinne fallen lässt, in der ein Wasserstrom fliesst. Wenn die geometrische Anordnung der Rinnen und die Geschwindigkeit der beiden Flüssigkeitsströme richtig gewählt werden, so lässt sich eine Zerkleinerung der Schlacke zu Kötnc'l1en von einigen Millimetern Durchmesser, auch Granulation genannt, erzielen ; diese Körnchen, die sich noch im rotglühenden Zustand befinden, werden vom Wasserstrom weggeführt und in diesem im Verlaufe von einigen Metern vollständig abgelöscht.
Man kann die Schlacke ebenso durch einen Pressluftstrahl oder einen Strahl entspannten Wasserdampfes abschrecken, die Abkfthlungsgeschwindigkeit ist aber weniger gross und der Energieverbrauch sehr beträchtlich. Der Abschreckvorgang mit fliessendem Wasser ist viel einfacher und viel wirtschaftlicher, doch sind die damit erzielten Resultate sehr unregelmässig und man erhält eine nasse Schlacke, die erst auf kostspielige Weise getrocknet werden muss.
Man hat auch schon Vorrichtungen empfohlen, bei welchen eine vorgegebene Masse geschmolzener Schlacke mit einer begrenzten Wassermenge zusammengebracht wird, so dass das Wasser bei Berührung mit der Schlacke augenblicklich verdampft und die Abkühlung der Schlacke sowohl durch die Verdampfung dieser Wassermenge, wie auch durch Überhitzung des freigesetzten Wasserdampfes hervorgerufen wird. Die Gesetzmässigkeit, nach welcher die Änderung der Schlackentemperatur im Verlaufe dieses Prozesses erfolgt, ist ungenügend definiert und variiert von einem Punkt der Schlacke zum andern und auch diese Vorrichtungen. soweit sie die.
Herstellung von sehr flockigen und trockenen, für die verschiedensten Industriezweige anwendbaren Materialien erlauben, entsprechen nicht den im Hinblick auf die beabsichtigte Zementherstellung gegebenenAnforderungen zur Erzielung eines granulierten und unter ge- nauen Bedingungen abgeschreckten Materials.
Die vorliegende Erfindung geht davon aus, dass es möglich ist und oft sogar nützlich sein kaan, die Abkühlungsgeschwindigkeit der Schlacke während des Abschreckens stufenweise einzustellen. Die Erfindung schlägt nun vor, zum Zwecke der Erzeugung eines zementartigen Materials die Abkühlung der SchlaCke in einem zweistufigen Abschreckprozess in der Weise durchzuführen, dass die geschmolzene Schlacke in der ersten Behandlungsphase in Form eines im freien Fall abfliessenden SchlackenhMelen von einem System feiner, unter hohem Druck ausgepresster Wasserstrahlen durchdrungen wird, wobei d & t Temperatur schlagartig unter die Erstarrungstemperatur herabgesetzt wird,
worauf in der zweiten Phase die Temperatur langsam bis auf einen die Handhabung des Materials erlaubenden Wert vermindert wird.
Erfindungsgemäss soll also die Geschwindigkeit am Beginn des Abkühlungsvorganges so gross als mög-
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d. h.möglichenZmtani austritt, von dieser Temperatur sehrrasch bis auf eine, vorzugsweise im Bereiche von 400 bis 1200 C (je nach Zusammensetzung und angestrebten Eigenschaften der Schlacke) liegende Tem-
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peratur abgekühlt wird. Die Abkuhlungsgeschwindigkeit in der ersten Phase des erfindungsgemässen Abschreckprozesses ist daher ungefähr jene, die bei dem üblichen Abschrecken mit Wasser unter gleichzeitiger Granulation der Schlacke erreicht wird. In der zweiten Phase des Abschreckprozesses muss dann die granulierte Schlacke viel langsamer bis auf z. B. Raumtemperatur abgekühlt werden.
Vorteilhaft kann die Abkühlung in der zweiten Phase mit einer solchen Geschwindigkeit vorgenommen werden, wie sie bei dem Abschrecken der Schlacke mit einem Luftstrom, der auch Wasserdampf enthalten kann, erzielt wird.
Die Behandlung von geschmolzener Schlacke in einem zweistufigen Prozess, der in der ersten Stufe einen Abschreckvorgang umfasst, Ist bereits empfohlen worden. Bei diesem bekannten Prozess, der zur Herstellung von porösen Leichtbausteinen dient, werden aber fein zerstäubte Wasserteilchen in so begrenzter Menge In die geschmolzene Schlacke eingeführt, dass es zur Bildung einer festen, porösen und zusammenhängenden Masse kommt. Die Abkühlung durch die Wasserteilchen muss sehr langsam erfolgen, um ein Granulieren des Abschreckgutes zu verhindern, zu welchem Zwecke auch die Schlussabkühlung besonders langsam, z. B. 10 bis 12 Stunden lang und unter Wiedererwärmen vorgenommen wird.
Demgegenüber muss bei dem erfindungsgemässen Verfahren der erste Abschreckvorgang ausserordentlich rasch, u. zw. mit starken Wasserstrahlen durchgeführt werden, die den frei fliessenden Schlackenvorhang vollstän- dig durchdringen und die Schlackenmasse zerteilen können, so dass die schlagartige Abschreckung und Körnung der ganzen Masse erreicht werden kann.
Bei der erfindungsgemässen Abkühlungsweise erhält man ein Material, dessen hydraulische Eigenschaften gegenüber den bekannten Materialien verbessert sind, das viel zerreiblicher ist und das man viel leichter zu einem feinen Pulver vermahlen kann. Bei Anwendung dieses Verfahrens wird insbesondere das schlechte Abbinden vermieden, das bei gewissen, nach den üblichen Methoden granulierten und zu Zementen verarbeiteten Schlacken sehr häufig auftritt. Ausserdem ist zu bemerken, dass nach dem ersten Abschrecken mit Wasser und Granulation die Schlacke während der zweiten Kühlphase nicht mehr mit Wasser in Berührung kommt, so dass das Material am Ende der. Behandlung in trockenem und heissem Zustande vorliegt, der Trocknungsvorgang somit erspart werden kann.
Weiters ist zu beachten, dass es sich beim Arbeiten nach der Erfindung nicht um das bekannte Vermischen von Schlacke und Wasser auf gut Glück handelt, sondern dass der Abkühlungsvorgang für jedes Körnchen der abzuschreckenden Schlacke mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt wird. Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendeten Vorrichtungen müssen daher eine Einregelung de, einzelnen Phasen des Vorganges ermöglichen, da je nach der Zusammensetzung der Schlacke und ihrer Ausgangstemperatur die Endtemperatur nach der ersten Behandlungsphase, die ja unter der Erstarrungstemperatur liegen muss, auf einen mehr oder minder hohen Wert unter Eirhaltung verhältnismässig enger Grenzen eingestellt werden muss.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung erweist es sich daher als vorteilhaft, wenn die für die erste Behandlungsphase eingestellte Endtemperatur möglichst-konstant gehalten wird und nur in engen Grenzen, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 100 C geändert wird. Beispielsweise hat sich bei einer bestimmten Schlacke die Einhaltung einer Temperatur zwischen 900 und 10000C als günstig gezeigt, während für eine andere-Schlacke eine Temperatur zwischen 700 und 8000C vorteilhaft war, um die für die Verarbeitung auf Zement günstigsten Eigenschaften zu erzielen.
Nachstehend ist ein praktisches Ausführungsteispiel der Erfindung ohne Beschränkung hierauf wiedergegeben : Die Schlacke verlässt den Hochofen durch das Abstichloch und fliesst in einen Kanal aus feuerfestem Material. Der Weg bis zur Verarbeitungsstelle wird so kurz als möglich gehalten und der Kanal wird abgedeckt, um jeden Temperaturverlust der Schlacke so weit als möglich zu vermeiden.
An der Verarbeitungsstelle fliesst die Schlacke über ein Wehr oder durch ein am Boden des Kanals vorgesehenes Loch und bildet so eine Art Wasserfall bzw. einen flüssigen Vorhang, der ungefähr lotrecht abfliesst.
Man kann diesem"Schlackenfall"einen mehr oder weniger flachen Querschnitt erteilen. Beiderseits dieses Schlackenfalles und in unmittelbarer Nähe desselben befinden sich zwei parallele und in derselben Ebene liegende, waagrechte Stahlrohre, deren jedes mit einer Horizontalreihe kleiner Löcher von etwa 1 mm Grösse versehen ist, die vorzugsweise längs einer Erzeugenden angeordnet sind. Setzt man jedes Rohr unter hohen Wasserdruck. beispielsweise von 20 bis 50 kg/cm dann tritt aus jedem Loch ein dünner Wassertrahl, gleichsam eine Nadel aus Wasser aus ; die ganze Lochreihe eines solchen Rohres bildet daher eine Art Wasserkamm. dessen Zähne aus Nadeln aus Wasser bestehen.
Diese Wasserkämme liegen nichtin einer waagrechten Ebene, sondern sind ein wenig nach unten geneigt und auf den Schlackenfall gerichtet, den sie vollständig durchdringen. Die Strahlen müssen stark genug sein, damit jeder Wasserstrahl den Schlackenvorhang vor dem vollständigen Verdampfen durchdringt, doch muss anderseits die gesamte Was-
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serzufuhr aus allen Strahlen so bemessen sein, dass die Schlacke gerade auf die für die erste Abkühlungphase festgesetzte Temperatur abgeschreckt wird, bei der sich die Schlacke, wie nochmals hervorgehoben werden muss, sodann in trockenem Zustande befinden muss. Es kann auch vorteilhaft sein, die Wasserstrahlen statt durch kleine Löcher, die direkt in jedem Rohr angebracht werden müssen, durch Düsen zu erzeugen, die in das Rohr einzeln eingeschraubt werden.
Die Rohre können in bezug auf den Schlackenfall in jeder passenden Weise angeordnet werden, wobei auch dieser Schlackenvorhang selbst die verschie- densten Formen haben kann. Beispielsweise kann man auch nur ein einziges Rohr vorsehen. An Stelle zweier paralleler Rohre kann man z. B. auch ein denSchlackenfall ringförmig umgebendes Rohr anbringen, wobei die Wasserstrahlen zur Achse des Kreisrings konvergieren.
Sobald derSchlackenfall die Zone dcr Wasserstrahlen durchquert hat, ist die Schlacke sowohl zerteilt als auen erstarrt und kann nicht mehr fliessen. Die Masse muss dann von der Arbeitsstelle durch ein mechanisches Mittel entfernt werden, was auf die bequemste Weise geschehen kann. Beispielsweise kann man eine um eine lotrechte Achse rotierende flache Scheibe unter derAbschreckstelle des Schlackenfalles vorbeibewegen und dadurch die abgeschreckte Masse abführen. Durch einen Im Abstand von der Auflaufstelle des Abschreckgutes angebrachten Abstreifer wird dann das mitgeführte Material entfernt und zu einem Silo geleitet. Dabei vollführt, ein Ventilator die langsame Schlackenabkühlung, die gemäss der zweiten Be- 1landlungsphase des erfindungsgemässen Verfahrens notwendig Ist.
Gemäss einer Variante des beschriebenen Verfahrens kens man die Wasserstrahlen so stark machen, dass ein beim Durchgang durch den Schlackenfall nicht verdampfter Wasseranteil in einer Sammelvorrichtung aufgefangen wird.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, dass man die flüssige Schlacke vor dem Abschrekken auf ein Rad fliessen lässt und sie auf dem Rade selbst während seiner Umdrehung der Einwirkung vor Wasserstrahlen aussetzt. In diesem Fall wird es zweckmässiger sein, das Rad lotrecht und seine Drehachse horizontal anzuordnen. Die Schlacke fliesst dann auf die hohle Felge des Rades auf, die auf diese Weise eine Verlängerung des Giesskanals darstellt. Die Wasserstrahlen dringen in die geschmolzene Schlacke erst auf dem Rade ein, das bei seiner Drehung im Sinne des Schlackenflusses sodann das zerteilte und verfestigte Gut mitführt und es vom Unterteil des Rades auf eine Iransportvorrichtung abwirft.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Verfahren zur thermischen Behandlung von schmelzflüssigen Hochofenschlacken od. dgl. Materialien in einem zweistufigen Prozess, der in der ersten Stufe einen Abschreckvorgang umfasst, zum Zwecke der Herstellung eines zementartigen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die geschmolzene Schlacke in der ersten Behandlungsphase eines zweistufigen Abschreckprozesses in Form eines im freien Fall abfliessenden Schlackenschleiers von einem System feiner, unter hohem Druck ausgepresster Wasserstrahlen durchdrungen wird, wobei die Temperatur schlagartig unter die Erstarrungstemperatur herabgesetzt wird, worauf in der zweiten Phase die Temperatur langsam bis auf einen die Handhabung des Materials erlaubenden Wert vermindert wird.