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Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von abgestumpften
Eisenkörnern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von abgestumpften Eisenkörnern, wobei ein Strom geschmolzenen Eisens durch die Luft geleitet und zur Bildung eines Regens heisser Teilchen einer quer zum Eisenstrom verlaufenden Bestrahlung mit Wasser ausgesetzt wird, worauf die herabfallenden Teilchen in einem wassergekühlten Behälter, in dem sie absinken, gesammelt werden und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem früher vorgeschlagenen derartigen Verfahren erfolgt sowohl die Bestrahlung des Eisenstromes als auch dessen Abkühlung im Behälter durch kaltes Wasser. Gegenüber diesem Verfahren soll durch die Erfindung erreicht werden, dass die resultierenden Eisenkörner höhere Massendichte und grössere und gleichmässigere Gestalt erhalten.
Ein weiteres Erfindungsziel besteht darin, Eisenkörner herzustellen, die eine geeignete Form zur leichten Massenbehandlung, z. B. auf dem Band von Bandförderern, aufweisen und über abwärts geneigte Flächen sowie durch Behälteröffnungen leicht fliessen, was nach den bisher bekannten Verfahren der beschriebenen Art nur unvollkommen gelang.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Granulierung von Eisen besteht darin, dass der durch die Luft geleitete Strom geschmolzenen Eisens einem Wasserstrahl von etwa 60 bis 700C ausgesetzt wird, worauf die sich bildenden Eisenpartikel herabfallend in den mindestens in seinem oberen Bereich mit Wasser von etwa 80 bis 950C gefüllten Behälter eintreten, in dem sie sich beim Absinken langsam abkühlen und annähernd kugelförmige Körner bilden.
In bevorzugter Ausführungsweise wird die Temperaturkontrolle des Wassers im Sammelbehälter durch Einführen einer gesteuerten Kühlwassermenge aus einer Kühlwasserversorgungsstelle bewirkt.
Es wurde gefunden, dass die vorgeschlagene Zweistufenbehandlung von geschmolzenem Eisen mit hochtemperiertem Wasser anstatt, wie bisher üblich, mit abschreckend kaltem Wasser, Körner oder Partikel von im wesentlichen kugeliger Gestalt, hoher Massendichte und grossen, gleichbleibenden durchschnittlichen Dimensionen ergibt.
Die erreichte glatte und kugelige Form der Partikel oder Körner erklärt sich möglicherweise daraus, dass durch das vorgesehene, relativ langsame AbkUhlen der geschmolzenen Metallkörner eine hinreichend lange Erhaltung des plastischen oder geschmolzenen Zustandes der Körner gewährleistet ist, um die Oberflächenspannung zur Gestaltung der Kugelform wirksam werden zu lassen. Es ist zu vermuten, dass die hohe Wassertemperatur zur augenblicklichen Bildung einer isolierenden Dampfhülle um die einzelnen Körner beiträgt und diese Hülle das Annehmen der Kugelform der Körner in der kurzen Zeitspanne des EinhUllens ermöglicht.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Bett, in dem das geschmolzene Eisen bis zu der Stelle geführt wird, wo es frei durch die Luft in einen unterhalb angeordneten Behälter fällt, wobei es während des Fallens von quer zur Fallrichtung aus mehreren Düsen ausgestossenen Heisswasserstrahlen getroffen wird, so dass ein Schauer von heissen Eisenteilchen entsteht, der einem im Behälter vorgesehenen, unten offenen Sammelbehälter und von diesem einem Förderband zugeführt wird, und ist erfindungsgemäss vor allem dadurch gekennzeichnet, dass Kühlwasserleitungen am Sammelbehäl-
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ter unterhalb der vorbestimmten Höhe des Heisswasserspiegels im Behälter angeschlossen sind,
wobei im Behälter eine obere Wasserschicht mit einer Temperatur im Bereich von 80 bis 950C und eine untere Schicht relativ kalten Wassers, welche die Teilchen auf eine für das Förderband unschädliche Temperatur abkühlt, vorgesehen sind.
Das geschmolzene Metall kann in üblicher Weise entweder aus einem Hochofen abgestochen oder von Heissmetallschöpfern entnommen werden. Im ersten Fall werden normalerweise mehrere Einheiten benötigt, um dem vom Hochofen kommenden veränderlichen Eisenstrom gerecht zu werden, wobei die erste Einheit automatisch ihre vorbestimmte Menge des Eisenflusses aufnimmt, und die nächste Einheit die überschüssige Eisenmenge aufnimmt usw. Im andern Fall kann der Anteil des Eisenflusses entsprechend dem maximalen Fassungsvermögen der Einheit geregelt werden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 eine Aus- ftihrungsform einer Einrichtung zum Granulieren von Eisen in Draufsicht, Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie A-A der Fig. 1. Fig. 3 einen Teil der Kühlwasserversorgungsanlage in Draufsicht, wobei das Rohrsystem symmetrisch zu den Längsmittellinien der Behälter angeordnet ist, Fig. 4 einen Querschnitt durch den Boden des Sammelbehälters, die Fig. 5 und 6 die Seiten- und Stirnansicht einer Metallrinne mit ihrem Zerstäuberkopf, die Fig. 7 und 8 eine Stirnansicht bzw. einen Querschnitt der Stauwand des Sammelbehälters und Fig. 9 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung zum Granulieren von Eisen im Querschnitt.
Aus den Fig. 1 - S ist zu ersehen, wie das vom Hochofen kommende Roheisen in einen Kippwagen 1 eingegossen wird, der mittels eines vom Steuerraum 3 gesteuerten Hubkranes 2 allmählich und regelmässig gekippt wird. Der Hubkran 2 ist mit Motor und Getriebe für variable Geschwindigkeit ausgestattet, um eine konstante Zulieferung von Eisen in allen Höhenlagen des Metalls im Kippwagen zu gewährleisten und eine rasche Rückkehr des leeren Kippwagens in die Füllstellung zu ermöglichen. Der Kippwagen entlädt das geschmolzene Eisen in einen Einsatzbehälter 4, dessen Seitenwände trichterartig gegen eine Auslassöffnung gerichtet sind, durch die das Metall in das obere Ende einer schrägen, mit Sand ausgekleideten Rinne gelangt, die sich in Arme 6 und 7 teilt.
Am unteren Ende jedes Armes 6,7 ist ein Block 8 aus hitzebeständigem Werkstoff, vorzugsweise Kohle, von geeigneter Grösse und Form vorgesehen, der den Fluss des geschmolzenen Eisens aus den Armen kontrolliert. Das geschmolzene Eisen fliesst als breites Band 9 am Boden der beiden Arme 6, 7 und fällt in dieser Form durch die Luft.
Unmittelbar unter dem unteren Ende der Arme 6,7 der Rinne ist ein Wassersprüh- oder Zerstäu- berkopf 10 angeordnet, der eine Anzahl von Sprühöffnungen 11 aufweist, die das Wasser in im wesentlichen horizontalen Strahlen nach aussen lenken. Dort wo das fallende Band von geschmolzenem Metall annähernd lotrecht verläuft, wird es von den Sprühstrahlen des Wassers ungefähr im rechten Winkel durchkreuzt. Die Wasserstrahlen zerkleinern die Metallbänder zu Partikel und verteilen dieselben in horizontaler Richtung. Die Sprühköpfe 10 werden mit Heisswasser von einer nicht gezeichneten Hochdruckpumpe gespeist und das heisse Druckwasser durchströmt eine Leitung 12 und ein Ventil 13. Die Temperatur der Heisswasserstrahlen liegt vorzugsweise im Bereich von 60 bis 700C.
Die von den Heisswasserstrahlen erzeugten, schauerartig zerteilten Metallpartikel fallen in einen Tank 14 mit Wasser von hoher Temperatur, vorzugsweise 80-90 C, jedoch nicht über 90-950C, da der Tankinhalt dann hochgehen könnte. Der gewünschte Heisswasserspiegel im Tank 14 wird durch zwei Wehre 15 und 16 aufrecht erhalten, die an entgegengesetzten Enden des Tanks angeordnet sind.
Das Wehr 16 enthält eine Platte 17, die an der Wehrmauer durch Bolzen 18 gesichert ist, welch letztere durch lotrechte Schlitze in der Platte 17 ragen. die somit zwecks Veränderung der Wehrhöhe lotrecht verstellbar ist. Ein Kanal 20 führt die übergeflossene Menge in einen Absetzbehälter 21, in welchem das Wasser von seinem Abfall befreit wird und durch eine Leitung 22 abströmt. Auf- fangbehälter 23 und 24 sind im Behälter 14 versenkt angeordnet und mit den Rinnenarmen 6 und 7 verbunden, um die im Wasser absinkenden Partikel aufzunehmen. Die Behälter 23,24 haben offene Böden, die über den unteren Enden zweier schräg aufwärts geneigter Bandförderer 25 und 26 mit endlosem Band liegen, so dass die Partikel aus den Auffangbehältern auf die Bandförderer fallen.
Die Seitenwände 27 (Fig. 4) jedesAuffangbehälters 23,24 schliessen dicht an die Ränder des Förderbandes 28 an, wobei Gummidichtungsstreifen 29 an den unteren Rändern der Seitenwände 27 befestigt sind, um ein seitliches Entweichen von Partikeln aus dem Bandförderer zu verhindern. Jeder Auffangbehälter besitzt in seinem Inneren im Abstand von den Seitenwänden 27 angeordnete Leitplatten 30, die das Aufwärtsströmen von Heisswasser aus dem'Bereich des Bandförderers lenken und so einen freien Umlauf des Wassers im Auffangbehälter gewährleisten.
Versorgungsleitungen 31 (Fig. 3) für Kühlwasser gehen von einer Kühlwasserquelle aus und münden
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in die Auffangbehälter 23,24, an deren den Zerstäuberköpfen 10 benachbarten Enden unterhalb der Oberfläche des Wassers im Tank 14. Das von den Versorgungsleitungen 31 in dieAuffangbehäl- ter 23,24 geleitete Kühlwasser kreuzt den Fallweg der schwereren Teilchen, die durch die Auffangbehälter sinken. Auf diese Weise dringen die schwereren Teilchen nacheinander durch eine obere Wasserschicht im Temperaturbereich von 80 bis 95 C und eine untere Schicht relativ kühlen Wassers, die nahe dem Förderband liegt. Eine oder mehrere der folgenden drei Leitungsanordnungen sind für die Auffangbehälter vorgesehen :
1.
Zu jedem Auffangbehälter führt ein Paar von ventilgesteuerten, zueinander parallelen Versorgungsleitungen, die an der Stirnseite des Tanks an eine stärkere, querverlaufende Leitung 34 angeschlossen sind, welcher kaltes Wasser von einer Pumpe zugeführt wird. Die Mündungsenden 32A, 33A der Leitungen 32,33 konvergieren, um konvergierende Kühlwasserstrahlen gegen eine Zone 35 zu lenken, durch welche die schweren Eisenpartikel fallen.
2. Zu jedem Auffangbehälter führt ein Paar von zueinander parallelen, ventilgesteuerten Versorgungsleitungen 36 und 37, die an die stärkere Leitung 34 angeschlossen sind und parallele Kühlwasserstrahlen in den Auffangbehälter 24 austreten lassen, um eine Kühlzone unmittelbar über dem Bandförderer zu bilden.
3. Um beide Auffangbehälter zu versorgen, sind drei zueinander parallele, ventilgesteuerte Versorgungsleitungen 38 an die stärkere Leitung 34 angeschlossen, die längs der Seitenwände der Auffangbehälter schräg aufwärts gerichtet sind. Gegeneinander gerichtete Reihen von Abzweigleitungen 39 und 40 durchsetzen die Behälterseitenwände und münden in die Behälter an Stellen unmittelbar über den Bandförderern. In einer aus Fig. 4 ersichtlichen Alternativausführung sind Versorgungsleitungen 41 mitAbzweigleitungen 42 versehen, die in den Zwischenräumen zwischen den Leitplatten 30 und den Behälterseitenwänden abwärts gerichtet sind und unmittelbar über dem Bandförderer münden.
Der Zusatz von Kühlwasser im Tank kann verändert werden, um Schwankungen der im Betrieb ansteigenden Wassertemperatur auszugleichen. Auf diese Weise verhindert das Kühlwasser ein zu starkes Erhitzen des im Tank befindlichen Wassers (die Temperatur darf 90 - 950C nicht übersteigen) und erzeugt Kühlzonen unmittelbar über dem Bandförderer, so dass die durch diese Zonen sinkenden Partikel hinreichend abgekühlt werden, um die Förderbänder nicht in Brand zu setzen.
Die Bandförderer 25,26 sind über ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe motorisch angetrieben, so dass die Geschwindigkeit, mit welcher die Partikel das Wasser auf dem unter Wasser befindlichen Bandbereich durchsetzen, stufenlos einstellbar ist.
Durch die Steuerung des Kühlwasserstromes und/oder der Fördergeschwindigkeit des Bandförderers ist es möglich, die Kühlung der Körner zu beeinflussen und so zu gewährleisten, dass genügend Wärme bei den den Tank verlassenden Körnern aufgespeichert ist, um dieselben im Verlauf der anschliessenden Behandlung zu trocknen.
Da die im unter Wasser befindlichen Teil des Bandförderers sich absetzenden Metallkörner einen Teil ihrer Wärme abgeben, sind die Förderbänder aus hitzebeständigem Werkstoff, z. B. einem geeigneten Gummi, Stahl oder einem besonders gewebten Netzwerk, hergestellt.
Die Körner werden von den Bandförderer rein aus dem Tank ausgebracht und sind in einem für den Strassen- oder Schienentransport geeigneten Zustand. Sie können auch mittels direkter Bandförderung in Vorratsbehälter gebracht oder am Boden gestapelt werden.
Es sind verschiedene Bauarten von Strahlköpfen möglich, doch werden gute Ergebnisse mit solchen Köpfen erzielt, die sieben waagrechte Reihen von Sprühöffnungen mit 1, 25 cm Durchmesser aufweisen, wobei die Reihen abwechselnd 13 und 12 Öffnungen enthalten. Diese Strahlenköpfe arbeiten mit 0, 6 kg/cmz, gemessen in einem Abstand von 1, 22 m von den Köpfen. Bei dieser besonderen Gestaltung ist das Band des geschmolzenen Eisens etwa 16 cm breit und etwa 1 cm dick, jedoch werden grössere Bandbreiten in umfangreicheren Betriebsanlagen verwendet. Die Auffangbehälter sind wenigstens 3 - 4 m tief, um eine hinreichende Wassertiefe bzw. -menge zur Anpassung an die hohe Wassertemperatur zu erhalten.
Bei der Arbeitsweise der Einrichtung zwecks Erzielung eines Produktes von hoher Massendichte und durchschnittlich grossen Partikeln wird die Temperatur des Bandes von geschmolzenem Eisen so hoch als möglich gehalten, und die ausfliessende Menge des geschmolzenen Eisens wird etwas herabgesetzt, wenn sich eine Abnahme der Temperatur des Eisens einstellt. Auf diese Weise werden bei einer Temperatur des geschmolzenen Eisens von 13000C mit einer minimalen fliessenden Menge der Schmelze von etwa 0, 22 t/min bei einer Bandbreite von 2, 5 cm kugelförmige Partikel von etwa 0, 75 cm Durchmesser und einer Massendichte von etwa 3300 kg/m3 erzeugt.
Mit geschmolzenem Eisen von 11500C wird bei glei-
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cher Bandbreite eine Herabsetzung der ausfliessende Eisenmenge auf etwa 0, 195 t/min erforderlich.
Fig. 9 zeigt eine Vereinfachung der Einrichtung. Die durch die Heisswasserstrahlen der Köpfe 10 erzeugten, schauerartig versprühten heissen Metallpartikel fallen in einen Heisswassertank 43 aus Beton, der eine von einem Überfallrand 45 schräg abwärts und einwärts geneigte Wandfläche 44 aufweist, die unterhalb des Kopfes 10 angeordnet ist. Dadurch ist das granulierte Metall genötigt, an dieser Schrägfläche 44 abwärts zu gleiten und sich am Boden des Tanks 43 in einem Stapel 46 zu häufen. Ein über die Schrägfläche 44 verteiltes und durch eine Beplattung 48 geschütztes Rohrsystem 47 ist mit Strahlöffnungen versehen, durch welche eine geregelte Kühlwassermenge von einer Lieferstelle in den Tank abgegeben wird, um das im Tank befindliche Heisswasser auf der gewünschten Temperatur zu halten.
Die Körner werden aus dem Tank partieweise, d. h. nicht kontinuierlich durch einen nicht gezeichneten Greifer herausgehoben, der auf einem Laufkran gelagert ist und die Körner in ein Fahrzeug ladet.
In anderer Ausführungsart ist der Greifer durch einen Elektromagnet 51 ersetzt, in welchem Fall der Tank 43 in mehrere, nicht gezeichnete, nebeneinanderliegende Fächer unterteilt ist, die abwechselnd verwendbar sind, um vor dem Zugriff des Elektromagneten eine Entwässerung durchzuführen.
Es wurde gefunden, dass die Heisswasserbehandlung des geschmolzenen Metalls kugelförmige Körner ergibt, die eine bequeme Behandlung gestatten, wogegen die Kaltwasserbehandlung des geschmolzenen Metalls rauhe, winkelige Körner ergibt.
Überdies hat das Produkt in der Heisswasserbehandlung in einem Beispiel eine Massendichte von 3 500 kg/m 3 gegenüber nur 2800 kg/m3 bei der Kaltwasserbehandlung.
Überraschenderweise erfordern die heisswasserbehandelten Körner auch eine grössere Maschenweite beim Durchgang durch ein Sieb als die kaltwasserbehandelten Körner und überdies weisen die heisswasserbehandelten Körner eine gleichmässigere Grösse auf als die kaltwasserbehandelten Körner.
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von abgestumpften Eisenkörnern, wobei ein Strom geschmolzenen Eisens durch die Luft geleitet und zur Bildung eines Regens heisser Teilchen einer quer zum Eisenstrom verlaufenden Bestrahlung mit Wasser ausgesetzt wird, worauf die herabfallenden Teilchen in einem wassergefüllten Behälter, in dem sie absinken, gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Luft geleitete Strom geschmolzenen Eisens einem Wasserstrahl von etwa 60 bis 700C ausgesetzt wird, worauf die sich bildenden Eisenpartikel herabfallen in den mindestens in seinem oberen Bereich mit Wasser von etwa 80 bis 950C gefüllten Behälter eintreten, in dem sie sich beim Absinken langsam abkühlen und annähernd kugelförmige Körner bilden.