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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Pelletisierung von geschmolzenem Material, z. B. metallurgischer Schlacke, insbesondere eine solche Vorrichtung, welche fähig ist, im wesentlichen kugelige
Teilchen (Pellets) herzustellen, welche eine geschlossene Oberfläche besitzen.
Die Handhabung und Verwendung grösserer Mengen von metallurgischer Schlacke, die bei der Eisen- und
Stahlerzeugung anfällt, ist ein altes Problem. Es sind schon sehr viele Versuche zur Umwandlung der Schlacke in ein wirtschaftlich verwertbares Produkt gemacht worden. Ein solches Verfahren, das in grösstem Masse angewendet wird, besteht darin, dass die flüssige Schlacke durch rasches Eintauchen in Wasser, das sich in einer offenen Grube befindet, abgeschreckt wird. Das gekühlte Material, das von rein zufälliger Gestalt ist und zwischen einem Pulver und grossen Klumpen variiert, ist von poröser, gebrechlicher Art. Die gekühlte Schlacke wird der Grube entnommen und einer Anzahl von Siebungen und Zerkleinerungen unterworfen, um sie zu sortieren und so Stücke in gleicher Grösse zu erhalten.
Das erhaltene Produkt kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, die von der Teilchengrösse abhängt, z. B. als Zuschlag für Zementmörtel zur Herstellung von
Betonbauten.
Diese Art der Behandlung der Schlacke hat den Nachteil, dass das rasche Abschrecken zur Absonderung grosser Mengen gasförmiger Nebenprodukte führt, welche in die Atmosphäre gelangen. Darüber hinaus besitzen diese Produkte keine geeigneten Eigenschaften für die Verwendung als Zuschlag und Füllstoff für Beton mit
Rücksicht auf ihre verhältnismässig geringe Festigkeit und poröse Struktur.
Gemäss einem in einer USA-Patentschrift der Patentinhaberin niedergelegten Vorschlag, der sich auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung für das Pelletisieren von metallurgischer Schlacke bezieht, besteht das Verfahren aus folgenden Stufen : a) Bildung eines Stromes von flüssiger Schlacke mit kontrollierter Fliessgeschwindigkeit ;
b) Mischen dieses Stromes mit einer bestimmten Menge Wasser, um wenigstens eine gewisse Expansion der Schlacke zu erreichen, c) Abstimmung der verwendeten Mengen von Wasser und Schlacke in der Weise, dass die Schlacke sich ausdehnt und einen hitzeplastischen Zustand mit einer Viskosität annimmt, die für die Verfestigung unter Bildung von annähernd kugelförmigen Körpern geeignet ist, während die Schlacke durch die
Luft geschleudert wird, d) Strömenlassen der aufeinander einwirkenden Mischung von Schlacke und Wasser über eine Fläche, um das Aufeinander-Einwirken so weit fortzusetzen, bis das Material sich in diesem hitze-plastischen
Zustand befindet und die erforderliche Viskosität besitzt, e) Aufstossen lassen der sich im hitzeplastischen Zustand befindenden Mischung auf eine sich drehende
Trommel, die das Material durch die Luft schleudert, u. zw.
bei einer Geschwindigkeit und für eine
Zeitdauer, welche ausreicht, um annähernd kugelförmig geformte Körper, sogenannte Pellets, zu erhalten, welche in ausreichendem Masse gekühlt sind und ausreichende Festigkeit besitzen, um bei
Auftreffen auf den Grund ihre individuellen Eigenschaften beizubehalten.
Es ist ein unerwarteter und wesentlicher Vorteil eines solchen Verfahrens, dass die Mengen von gasförmigen Nebenprodukten, welche in die Atmosphäre gelangen, in ihrem Volumen auffallend verkleinert sind, z. B. um einen Faktor 500 bis 1000, weil diese Nebenprodukte offenbar in dem expandierten Material enthalten bleiben.
In der USA-Patentschrift Nr. 1, 047, 370, ausgegeben am 17. Dezember 1912 (I. G. Bergquiat) ist ein Apparat für das kontinuierliche Zerteilen geschmolzener Schlacke in körnige Form beschrieben, die mit Hilfe einer Kombination der Einwirkung von Wasser und einem mechanischen Zerteiler arbeitet, welcher in den Schlackenstrom einschlägt und ihn mit Kraft in die Luft schleudert.
Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung expandierter Schlacke vorgeschlagen worden, bei welchem ein Aufschäummittel der Schlacke beigefügt wird und wobei die fein zerteilte Schaummischung in halbflüssigem Zustand gegen eine Stahlplatte, auf welcher sich das Material abwälzt, aufgeworfen wird, um so gekühlt und in kugelartige Pellets zerteilt zu werden.
Es wurde durch die Patentinhaberin festgestellt, dass das geschmolzene Material in dem erwähnten hitzeplastischen Zustand und mit einer Viskosität, welche für die Bindung kugelförmiger Teile geeignet ist, die ausgesprochene Tendenz hat, an jeder Oberfläche, welche es berührt, kleben zu bleiben, was verhindert werden muss, weil sonst die Möglichkeit besteht, durch grössere Mengen angeklebten Materials die Apparatur für die weitere Arbeit unverwendbar zu machen. Diese Möglichkeit ist besonders deshalb unerwünscht, weil es im allgemeinen nicht möglich ist, den Verlauf des Verfahrens aufzuhalten und andere Wege zur Verwendung des Materials z. B. gesetzlich verboten sein können, weil sie unzulässige Mengen gasförmiger Nebenprodukte bilden, die in die Atmosphäre abströmen.
Es ist daher Gegenstand der Erfindung, eine neue Vorrichtung zur Pelletisierung von geschmolzenem Material, insbesondere Hochofenschlacke, zu schaffen, der diese Nachteile nicht mehr aufweist. Es ist ferner ein Gegenstand der Erfindung, eine Vorrichtung für das Pelletisieren von geschmolzenem Material zu schaffen, bei dem die bisher ungelösten Probleme, welche bei der Behandlung von hitzeplastischem Material auftreten, im wesentlichen gelöst sind.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Pelletisierung von geschmolzenem Material zum Zwecke
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der Erzeugung von im wesentlichen kugelartigen Teilchen, welche durch folgendes charakterisiert ist. Sie enthält eine Einrichtung zur Erzeugung eines Stromes von geschmolzenem Material, Bauteile mit einer Zufuhrfläche, über welche der Strom des geschmolzenen Materials verläuft, und eine Einrichtung zur Verhinderung des Anhaftens von Material der strömenden Schmelze an der Zufuhrfläche, sowie eine rotierende mechanische Schleudervorrichtung, auf welche der Strom der Schmelze auftrifft, um durch die Luft geschleudert zu werden, damit er sich während seiner Bewegung durch die Luft pelletisiert, d. h. in kleine Teilchen zerlegt.
Die Mittel zum Verhindern des Anhaftens der Schmelze an den Bauteilen, über welche diese fliesst, bestehen nach einem weiteren Erfindungsgedanken in einer Einrichtung zur Erzeugung einer Rüttelschwingung dieser Bauteile gegenüber dem Grundgestell.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist vorzugsweise für die Pelletisierung von Hochofenschlacke geeignet, kann jedoch auch für andere Zwecke verwendet werden. Es kann bei andern metallurgischen Verfahren anfallendes Material verarbeitet werden, z. B. Stahl-Schlacke, welche sich bei der Stahlerzeugung ergibt, dichter ist als Hochofenschlacke und gewisse Mengen von nichtmagnetischem Eisen in Lösung enthält, sowie auch nichtmetallurgische Schlacke, z. B. Phosphatschlacke. Die Vorrichtung kann auch für flüssiges Metall, insbesondere flüssiges Eisen, verwendet werden, welches in die Form von Pellets, also kleiner kugelförmiger Körper gebracht werden soll, um die weitere Verarbeitung zu erleichtern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Gerätes gemäss der Erfindung, die auch zur Erläuterung der Wirkungsweise des Gerätes dient. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht von schräg oben und zeigt ein Gerät nach Fig. 1 in einem grösseren Massstab mit mehr Einzelheiten, wobei Teile davon abgeschnitten dargestellt sind, um das Verständnis der Darstellung zu erleichtern.
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abwärts in den Apparat, der als Ganzes mit dem Bezugszeichen--14--versehen ist und im Detail weiter unten beschrieben wird. Dabei wird der Schlackenstrom mit Wasser gemischt, das bei der sehr hohen Temperatur der Schlacke (üblicherweise 1371 bis 14820C), beginnt zu verdampfen und mit der Schlacke in Reaktion zu treten, indem diese sich ausdehnt und bzw. oder zerteilt und abkühlt.
Das abwärts fliessende, aufeinander einwirkende Gemisch schlägt auf den Umfang einer Trommel auf, welche mit radial ausragenden Flügeln versehen ist, welche das Material ergreifen und es durch die Luft über und in die Grube schleudern.
Bei der Verwendung einer solchen Einrichtung zur Pelletisierung wird die Giesspfanne --11-- so rasch als möglich zu dem Pelletisierungsapparat gebracht, um die Bildung einer gekühlten Kruste an der Oberfläche der Schlacke zu vermeiden. Der Schlackenstrom wird so gleichmässig als möglich gehalten, während die Menge des zugeführten Wassers ebenfalls möglichst konstant gehalten wird, um so Arbeitsbedingungen zu erhalten, welche so konstant als möglich sind.
Mit Rücksicht auf die hohe Temperatur der Schlacke ergibt sich eine unmittelbare flüchtige Reaktion des Wassers und der Schlacke mit dem Ergebnis, dass die Schlacke sich ausdehnt und in einen gewünschten hitzeplastischen Zustand gelangt, mit einer Viskosität, welche zur Bildung von Kügelchen geeignet istt, u. zw. in der Zeit, in welcher das Gemisch den Umfang der rotierenden Trommel berührt.
Die Menge des ausfliessenden Schlackenstromes, die Menge des in den Schlackenstrom eingeführten Wassers, die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel, die Form der Schleuderflügel und der Winkel, unter welchem das Gemisch von der Trommel weggeschleudert wird, werden alle so gesteuert, dass sie bewirken, dass die Schlacke in der Luft gerade für einen Zeitraum und in einem solchen Abstand verbleibt, um sie genügend abzukühlen und daraus annähernd kugelförmige Teilchen, nämlich haltbare Pellets zu bilden, welche ihre massgeblichen Eigenschaften bis zum Erreichen des Bodens erlangt haben.
Wenn ungenügend Wasser dem Schlackenstrom zugeführt wird, oder eine ungenügende Mischung stattfindet, dann schreitet die Reaktion der Bestandteile und das Abkühlen des Stromes nicht in ausreichendem Masse bis zu dem gewünschten hitzeplastischen Zustand innerhalb der Zeit fort, bis die Mischung auf die rotierende Trommel auftrifft und ein flüssiges oder halbflüssiges Material wird durch die Luft geschleudert und auf dem Material in der Grube landen, wobei dann das Zusammenbacken einzelner Teile, welche gebildet worden sind, eintritt, also ein Produkt entsteht, welches unerwünscht ist. In ähnlicher Weise wird das Material, wenn zuviel Wasser in den Strom eingeführt wird, übermässig gekühlt und es ergibt sich eine weiche innere Struktur der erzeugten Teilchen.
Wenn die Geschwindigkeit der Trommel nicht ausreicht, dann befindet sich das Material eine nicht ausreichende Zeit lang in der Luft, um eine annähernd kugelige Form anzunehmen, bzw. um genügend abgekühlt zu werden, dass ein Verschmelzen und Zusammenbacken der erzeugten Teilchen in der Grube, nachdem sie dort gelandet sind, zu verhindern. Bei Geschwindigkeiten der Trommel, welche für das beschriebene Verfahren zu hoch sind, werden Kügelchen erzeugt, welche nicht die gewünschten Ausmasse haben, sondern zu klein sind.
Aus der Fig. 2 ersieht man, dass der Apparat --14-- ein starres Grundgestell hat, das als Ganzes mit dem
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Bezugszeichen--15--versehen ist und direkt auf dem Grund aufruht, sowie drei Sätze --16, 17 und IS-- von nach oben stehenden Stützen von verschiedener Höhe aufweist. Die beiden Gestellteile--16 und 17-sind an ihren oberen Enden durch entsprechend steife Querstreben--19 und 20--miteinander verbunden, von welchen jede einen zugeordneten Satz-21 und 22-von Schraubdruckfedern tragen, bei denen die in der Längsrichtung verlaufende Druckachse annähernd vertikal steht.
Die oberen Enden dieser Federn tragen ihrerseits wieder Querstreben-24 und 23--, welche an einem Bauteil --25- befestigt sind, der den abwärts fliessenden Strom der Schlacke aufnimmt. Der Bauteil--25-ist daher durch die Montage auf den Federn geeignet, eine Vibrationsschwingung relativ zur Grundplatte durchzuführen, in einem Ausmasse, wie es die Federn zulassen.
Ein Teil der Vibration wird durch das Aufschlagen des abwärts fallenden Stromes --13-- bewirkt, und eine zusätzliche, gesteuerte Vibration wird bei dieser Ausführungsform mit Hilfe von zwei exzentrischen Gewichten--26--erzeugt, die an einer rotierenden Querwelle --27-- montiert sind, welche am Bauteil --25-- mit Hilfe von Lagern --28-- gelagert ist und von einem Motor --29-- über einem Riemengetriebe mit Rädern--30 und 31--und Riemen--32-angetrieben ist.
Eine Wasserzufuhrleitung-33-ist mit Ausströmdüsen-34-versehen, von denen jede einen Strahl von Kühlwasser auf die zugeordneten Schraubendruckfedern richtet. Die Verwendung eines solchen kühlenden Mediums gestattet die Verwendung von Federn aus üblichem Material, welches sonst, wenn es nicht gekühlt würde, unter den schwierigen Verhältnissen von Temperatur und Feuchtigkeit, die während der Tätigkeit des Apparates eintritt, rasch an Elastizität verlieren würde.
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Anzahl von Kohleblöcken --36-- (z.
B. Graphit) abnehmbar montiert sind und welche mit seitlichen Platten --37- versehen ist, um das seitliche Wegspritzen von Teilen des Materialstromes zu verhindern und diesen direkt auf die Fläche --35-- weiter zu der Schleudervorrichtung --38-- zu leiten, nachdem er die Fläche - passiert hat. Eine Umleitfläche --39-- ist durch eine weitere Serie von Kohlenblöcken --40-gebildet, die in einem Rahmen mit seitlichen platten --41-- montiert sind, wobei die Umleitfläche-39-- irgendwelche Teile an der Schlacke, welche darauf auftreffen, nach unten lenkt und der Plattenoberfläche --35-- zuführt und so das direkte Aufstossen auf die rotierende Trommel verhindert.
Obere und untere Wasserleitungen-42, 42'--sind an den oberen und unteren Enden der Zufuhrfläche montiert und sind mit einer Mehrzahl von Düsen -43-- versehen. Ein Teil der Düsen der oberen Zuleitung dirigiert das Wasser nach unten auf die Zufuhrfläche, während andere Düsen das Wasser horizontal der Umleitfläche zuführen. Die Düsen der unteren Wasserleitung --42'-- sind direkt auf die Fläche der Trommel --38-- gerichtet.
Die trommelförmige SchleudervorrichtUng -38-- ist auf Stützen --18-- mit Hilfe von Lagern --44-- montiert und rotiert um eine horizontale Achse, welche also zur abwärts gerichteten Bewegung des Schlackenstroms quer liegt. Der Antriebsmotor der Trommel, welcher vorzugsweise von einer Type mit variabler Geschwindigkeit ist, ist in den Zeichnungen nicht dargestellt, jedoch ist er in einem gewissen Abstand von der einen Seite des Apparates angeordnet, um eine mögliche schädliche Beeinflussung durch Hitze, Feuchtigkeit und Bespritzen mit geschmolzenem Material auszuschliessen. Der Motor ist mit der Trommelachse mit Hilfe einer Verlängerungswelle --45-- gekuppelt.
Mit der Kupplung --47-- ist eine Wasserzuleitung-46verbunden, welche in die hohle Trommelachse führt und so die Zufuhr des Kühlwassers in das Trommelinnere gestattet.
Bei dieser Ausführungsform sind die vorspringenden Flügel --48-- der Trommel aus zwei länglichen
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einander zugewandten Kanten eingesetzt und mit diesen verschweisst. Die Flügel besitzen eine annähernd konkave Gestaltung in der Bewegungsrichtung gesehen, was zu einer Verbesserung der Wirkung und zur Steuerung der Richtung dient, in welcher das Material abgeschleudert wird. Das Kühlwasser gelangt vom Trommelinneren in die Kammern, welche zwischen den Flügeln und der Trommeloberfläche gebildet sind und tritt hier über Schlitze --51-- zwischen den Führungsstreifen --49-- und dem Trommelumfang aus. Diese Schlitze sind einfach durch teilweise Unterbrechung der entsprechenden Schweissnaht hergestellt.
Das austretende Wasser vermischt sich mit dem aufeinander einwirkenden Gemisch von Schlacke und Wasser, welches von der Trommel abgeschleudert wird. Eine solche Anordnung ermöglicht ein kontinuierliches Fliessen des Wassers in die Trommel hauptsächlich zu deren Kühlung, wobei ein gesonderter Abfluss für dieses Kühlwasser nicht notwendig ist.
Der Strom -13-- ergiesst sich (durch die Umleitplatte-39-geführt) auf den oberen Teil der Fläche --35-- und muss eine gewisse Wegstrecke auf der Zufuhrfläche zurücklegen, bevor er auf den Schleudermechanismus aufstösst. Während seines Strömens über diese Fläche tritt die notwendige Mischung der Schlacke mit dem Wasser ein, welche die Schlacke in den erwähnten hitzeplastischen Zustand überführt. Die Länge der Zufuhrfläche ist daher eine jener massgeblichen Grössen, welche einstellbar sein müssen, um eine sichere Wirkungsweise des Verfahrens zu ergeben.
Die Verwendung von festen Kohleblöcken oder eines andern Materials mit einem entsprechend hohen
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Schmelzpunkt besitzt den Vorteil, dass sie eine Oberfläche mit relativ langer Lebensdauer besitzen und wobei die Möglichkeit vermieden wird, dass der herunter fliessende Strom sie zerstört, eventuell ein Loch oder eine Einbuchtung in der Oberfläche bewirkt und die Wirkung des Apparates verschlechtert. Es wurde auch gefunden, dass diese Art von Oberflächen für relativ lange zeitliche Perioden verwendbar ist, ohne dass es nötig ist, die sie stützenden Gestellteile mit Wasser zu kühlen.
Es wurde auch gefunden, dass durch die Montage der Vibrationsrichtung und durch eine Vibration während des jedes Ankleben des geschmolzenen Materials am Bauteil--25--im wesentlichen verhindert ist, so dass eine kontinuierliche Arbeitsweise des Verfahrens erzielt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Vibrationsmechanismus eine Schwingung mit einer Frequenz von ungefähr 750 bis 1000 Schlägen pro Minute und mit einer Amplitude in einer ungefähren Grösse von 6 bis 18 mm. Die durch den auftreffenden Schlackenstrom erzeugte Schwingung hat natürlich nur eine zufällige Frequenz und Amplitude.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Pelletisierung von geschmolzenem Material zum Zwecke der Erzeugung von im
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Erzeugung eines Stromes von geschmolzenem Material, Bauteile mit einer Zufuhrfläche, über welche der Strom geschmolzenen Materials verläuft und eine Einrichtung zur Verhinderung des Anhaftens von Material der strömenden Schmelze an der Zufuhrfläche, sowie eine rotierende mechanische Schleudervorrichtung aufweist, auf welche der Strom der Schmelze auftrifft, um durch die Luft geschleudert zu werden, damit er sich während
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