AT406267B - Verfahren zum herstellen von puzzolanen, synthetischen hochofenschlacken, belit- oder alitklinkern, sowie von roheisenlegierungen aus oxidischen schlacken sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Description

AT 406 267 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Puzzolanen, synthetischen Hochofenschlacken, Belit- oder Alitklinkem, sowie von Roheisenlegierungen aus oxidischen Schlacken, bei welchen die oxidierten flüssigen Schlacken über einem Eisenbad reduziert werden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Aufarbeitung von oxidischen Schlacken stellen insbesondere chromoxidhaltige Schlacken für die Herstellung von Zementzumalstoffen Probleme dar, da der Chromgehalt dieser Schlacken wesentlich unter 500 ppm liegen müsste. Im Zusammenhang mit den schlackenmetallurgisch erforderlichen Parametern für die Aufarbeitung von oxidischen Schlacken wurde bisher erkannt, dass dem Eisenoxidgehalt eines zur Reduktion verwendeten Eisenbades Bedeutung zukommen kann. Die Reduktion über einem Eisenbad führt bei unterschiedlichen Einsatzmaterialien zu nicht exakt steuerbaren Endprodukten, und insbesondere kann mit einem Eisenbad bei Einsatz von chromoxidhaltigen Schlacken die erforderliche Entchromung nicht ohne weiteres gewährleistet werden. Es ist bekannt in das Eisenbad Kohlenstoff einzublasen, wobei sich hier allerdings herausgestellt hat dass ein zu hoher Kohlenstoffgehalt zu lokalen Überhitzungen und zu negativen Reaktionen im Zuge der Reduktion führt. Eine exakte Verfahrensführung ist aufgrund der bisher bei der Reduktion oxidischer Schlacken beachteten Parameter nicht ohne weiteres gewährleistet.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, mit konventionellen Reaktoren, wie beispielsweise bodenblasenden Konvertern ohne Einsatz nicht erprobter Blastechnologien und Düsentechnologien eine einfache und wirtschaftliche Verfahrensweise anzugeben, mit welcher die für eine wirkungsvolle Entchromung erforderlichen Werte exakt eingehalten werden können, wobei vor allem darauf abgezielt wird, das Verfahren rasch und in einfacher Weise regelbar durchzuführen. Die Wirtschaftlichkeit soll insbesondere dadurch erhöht werden, dass regionale Überhitzungen ebenso wie übermäßige Schaumbildung hier vermieden wird. Weiters soll das Einblasen von Kohlenstoff und Sauerstoff in einer Weise gewährleistet werden, dass mit konventioneller Düsen- und Blastechnologie unter gleichzeitiger Reduktion der jeweiligen Mengen ein Frischen des Roheisens während des Kohleeinblasens vermieden wird, wodurch das Durchblasen von Kohle und der Austrag von Eisen ebenso wie ein Überschäumen während der Durchführung des Verfahrens verhindert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, dass in das Eisenbad Kohlenstoff über Baddüsen zum Aufrechterhalten eines C-Gehaltes von zwischen 2,5 und 4,6 Gew.% eingeblasen wird und dass die Eisenbadhöhe zwischen 300 und 1200 mm eingestellt wird, wobei bei Überschreiten einer Eisenbadhöhe von 1200 mm Roheisen abgestochen wird und die eingeblasene Kohlenstoffmenge in Abhängigkeit von einer Meßsonde geregelt wird. Dadurch, dass der Kohlenstoffgehalt im Rahmen enger Grenzen zwischen 2,5 und 4,6 Gew.% gehalten wird, wird zum einen eine Übersättigung und damit ein Aufschwemmen von Kohlenstoff mit der Gefahr des nachfolgenden Verbrennens an der Grenzschicht verhindert. Weiters wird durch die Einhaltung des Kohlenstoffgehaltes innerhalb der angegebenen Grenzen eine überraschend rasche Entchromung beobachtet. Während bisher für Entchromungsreaktionen mit Zeiträumen von 15 bis 30 Minuten gerechnet wurde, hat es sich überraschenderweise gezeigt, dass unter Einhaltung der konkreten Grenzwerte für den Kohlenstoffgehalt die Entchromung innerhalb weniger Minuten vollständig durchgeführt werden kann. Dadurch, dass nun die Eisenbadhöhe zwischen 300 und 1200 mm eingestellt wird, kann mit konventionellen Düsen unter Normaldruck gearbeitet werden, ohne dass die Gefahr eines Durchblasens besteht. Aufgrund der Verwendung konventioneller Düsentechnologien können erprobte Drucksteuerungen eingesetzt werden, mit welchen sichergestellt wird, dass die Sauerstoff- und die Kohlenstoffmenge derart gesteuert werden können, dass tatsächlich die gewünschten Kohlenstoffwerte im Eisenbad mit Sicherheit eingehalten werden.

Die erfindungsgemäße Verfahrensführung erlaubt nun in besonders einfacher Weise eine einfache Regelung und damit eine bessere Reproduzierbarkeit der jeweils angesteuerten Endprodukte. Die insbesondere für eine möglichst rasche, vollständige Entchromung vorgesehenen zwingenden Maßnahmen können in einfacher Weise dadurch aufrecht erhalten werden, dass als Messsonde ein Echolot oder ein Schallpegelmonitor verwendet wird und dass bei Auftreten von Schaum zusätzlicher Kohlenstoff, und/oder CaO in das Eisenbad eingeblasen wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass einfache Sonden, wie beispielsweise ein Echolot oder ein Schallpegelmonitor ausreichen, um die gewünschte Regelung und damit die Erzielung reproduzierbarer Ergebnisse zu gewährleisten. 2

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Um die Gefahr lokaler Überhitzung zu vermeiden und das jeweils gewünschte Reduktionspotential auch im unmittelbaren Kontakt mit der flüssigen Schlacke zu gewährleisten, wird mit Vorteil so vorgegangen, dass in das Eisenbad Luft oder Sauerstoff eingeblasen wird und dass auf die aufschwimmende flüssige Schlacke Luft oder Sauerstoff in einer die in das Bad eingeblasene Menge um einen Faktor 2 bis 3 übersteigenden Menge aufgeblasen wird. Auf diese Weise wird im Zuge einer Nachverbrennung ein Aufschmelzen teilweise bereits fester Schlacken sowie eine Aufrechterhaltung der erforderlichen Schlackentemperatur zur Erzielung einer dünnflüssigen Schlacke sichergestellt, womit die Reduktion des Chromoxidgehaltes von Schlacken wesentlich verbessert wird. Entsprechend dünnflüssige Schlacke kann rasch mit dem Kohlenstoffgehalt des Eisenbades umgesetzt werden, wodurch der Chromoxidgehalt der Schlacke innerhalb weniger Minuten auf Werte von weit unter 300 ppm oder sogar unter 100 ppm gesenkt werden kann.

Unter Einhaltung der obigen Bedingungen und insbesondere der Bedingung für die Höhe des Eisenbades gelingt es, die Mengenregulierung für den Sauerstoffeintrag und die Kohlenstoffeinblasrate in einem Ausmaß zu minimieren, dass negative Randeffekte vollständig verhindert werden können. Bei zu hohen Kohlenstoffgehalten erfolgt keine Lösung des Kohlenstoffs im Eisenbad. Kohlenstoff flotiert dann auf dem Bad und verbrennt weitestgehend wirkungslos. Bei zu geringem C-Gehalt wird das Eisenbad bei den Arbeitstemperaturen von 1500° bis 1550° C relativ zäh, sodass aus kinetischen Gründen nur noch wenig Kohlenstoff vom Bad aufgenommen wird. Eine Aufkohlung mit geringen Durchblasverlusten gelingt hier nur nach kurzfristiger Temperaturerhöhung auf etwa 1600° bis 1650° C. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung kann mit einem Sauerstoffeintrag von unter 150 m3/min und eine Kohleneinblasrate von unter 200 kg/min gearbeitet werden, wodurch selbst bei längerer Reaktionszeit im Konverter wesentlich geringere Kohlenmengen verbraucht werden. Bei Versuchen wurde weiters klargestellt, dass bei einem Kohlenstoffgehalt von unter 2,5 Gew.% im Eisen der Chromoxidgehalt der Schlacke wesentlich höher bleibt und nicht mehr reproduzierbar auf die gewünschten niedrigen Werte abgesenkt werden kann.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Regelung des Verfahrens so erfolgen, dass der Druck in den Blasleitungen zu den in das Eisenbad mündenden Düsen in Abhängigkeit von der Höhe des Bades geregelt wird und bei zunehmender Höhe des Bades erhöht wird. Auf diese Weise wird gleichzeitig sichergesteilt, dass eine gute Durchmischung des Kohlenstoffes im Bad gewährleistet ist, ohne dass hierbei ein lokales Überfrischen odereine lokale Überhitzung auftritt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Regelung ist es nun abweichend von der bisherigen Verfahrensweise möglich, die flüssige Schlacke kontinuierlich zu führen und abzuziehen. Dies gelingt insbesondere aufgrund der wesentlich verkürzten Reaktionszeit und der exakter eingehaltenen Verfahrensparameter, wodurch in Oberaus kurzen Zeiten von wenigen Minuten eine vollständige Umsetzung und insbesondere eine vollständige Entchromung sichergestellt werden kann.

Um unerwünschte lokale Überhitzung mit Sicherheit zu vermeiden, kann mit Vorteil so vorgegangen werden, dass die in der Zeiteinheit eingeblasene Kohlenstoffmenge bei Überschreiten einer Grenztemperatur in der Schlacke oder dem Gasraum reduziert wird und/oder zumindest teilweise durch CaO substituiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einfachen, konventionellen Konvertern, insbesondere bodenblasenden Konvertern, abgeführt werden, wobei die technische Adaptierung für die Optimierung der Verfahrensführung lediglich geringen baulichen Aufwand erfordert. Insbesondere kann aufgrund der besonders einfachen Konstruktion derartiger Konverter die Betriebssicherheit wesentlich erhöht werden. Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem bodenblasenden Konverter dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter in einem der gewünschten Eisenbadhöhe entsprechenden Bereich auf geringere Querschnittsfläche bzw. verjüngt ausgebildet ist und über wenigstens eine Sonde zur Erfassung der Schaumbildung, zur Ermittlung der C-Konzentration im Eisenbad und/oder der Temperatur der Schlacke und/oder des Gasraumes ausgestaltet ist, dessen Signale einer Regelschaltung für die Kohlenstoffdosierung und/oder dem Eisenbadabstich zugeführt sind. Auf diese Weise kann mit geringen Eisenbadmengen die gewünschte Eisenbadhöhe erzielt werden, sodass das erforderliche Kohlenstoffeinbringen insgesamt weiter verringert werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung und von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 den Zusammenhang zwischen C-Gehalt des Bades und 3

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Cr203-Reduktion der Schlacke. In Fig. 2 und Fig. 3 sind Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

Ausführunasbeispiel: 30 t flüssiges Roheisen und 20 t flüssige Schlacke, die in einer Pfanne vermischt wurden, wurden zunächst entsiliziert, wofür Kalk eingeblasen wurde. In der Folge wurde Kohle in das Eisenbad eingeblasen. Die Schlacke wurde in zwei gleichen Teilen aufgegeben, wobei der zweite Schlackenteil nach Einblasen von 50 % der für die gesamte Schmelze berechneten Kohlenmenge zu- gegeben wurde und die restliche Kohlenmenge eingeblasen wurde. Der Chromoxidgehalt wurde in einer Zeit von unter 5 Minuten von ursprünglich 1200 ppm auf 100 ppm reduziert, wobei der Kohlenstoffgehalt des Eisenbad bei minimal 2,65 Gew.% lag. Bei einer Mehrzahl von Versuchen wurde festgestellt, dass die Abnahme des Chromoxidgehaltes in der Schlacke auf vertretbare Werte mit Kohlenstoffgehalten von unter 2 Gew.% nicht gewährleistet werden konnte.

Wie in Fig.1 ersichtlich, konnte bei Kohlenstoffgehalten von 2 Gew.% in der Schlacke der Chromdioxidgehalt in der Schlacke nur auf maximal 500 ppm gesenkt werden, was für nachfolgende Verwendungen in der Zementindustrie nicht akzeptabel erscheint. Bei Werten über 2,5 Gew.% Kohlenstoff im Eisenbad konnten aber reproduzierbar bereits Werte weit unter 500 ppm sichergestellt werden, wobei sich diese Werte mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt bis etwa 3,5 Gew.% kontinuierlich verbessern. Die weitere Abnahme des Chromoxidgehaltes der Schlacke bei Kohlenstoffgehalten von 3,5 bis 4,6 Gew.% blieben im wesentlichen linear, wobei bei Überschreiten der Obergrenze von 4,6 Gew.% die eingangs geschilderten Nebeneffekte eine wirtschaftliche Verfahrensführung nicht mehr gewährleisten.

In Fig.2 ist eine erste Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Mit 1 ist hier ein Einschmelzoxidationsreaktor bezeichnet, in welchen feste Schlacken eingebracht werden. Die Schlacken können unterschiedlichen Ursprungs sein, wobei unter anderem Müllverbrennungsschlacken oder metallurgische Schlacken sowie Gemische verschiedener Schlacken zum Einsatz gelangen können. Die weitestgehend verflüssigte, zähflüssige Schlacke kann über einen Stößel 2 in einen ersten Oxidationsraum eingebracht werden, in welchem aus der flüssigen Schlacke 3 Kupfer durch thermische Dissoziation sedimentiert werden kann und über einen Bodenauslass 4 abgezogen werden kann. In diesen Teilbereich des Einschmelzoxidationsreaktors, in welchem bereits eine flüssige Schlacke vorliegt, können beispielsweise unter Verwendung eines Zyklons 5 auch andere zu entsorgende Produkte, wie beispielsweise Shredderleichtfraktionen sowie Filterstäube aus der Müllverbrennung oder Hochofenstäube eingeblasen und aufgeschmolzen werden, wobei derartige Stäube beispielsweise auch aus dem Kopfbereich 6 des Einschmelzoxidationsreaktors abgezogen und Uber eine Zellradschleuse 7 wiederum dem Zyklon zum Aufschmelzen aufgegeben werden können. Die aus dem Kopf 6 des Einschmelzoxidationsreaktors abgezogene, staubbeladene Gasmenge kann nach einer Reinigung in einem Heißgsaszyklon über eine Kühlung mit Quenchwasser, wie sie mit 8 bezeichnet ist, weiter gereinigt werden, wobei die Restwärme rekuperativ beispielsweise in einem Wärmetauscher 9 rückgewonnen werden kann. Nach abschließender Reinigung in einem Gegenstromaktivkoksfilter 10 kann Reingas überein Gebläse 11 ausgetragen werden.

Die flüssige Schlacke 3 gelangt in einen bodenblasenden Konverter 12, welchem über Bodendüsen Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff eingetragen werden. Der Konverter ist so ausgebildet, dass er in seinem den Düsen benachbarten Bereich verjüngt ausgestaltet ist, sodass das flüssige Roheisenbad bei geringer Roheisenmenge die jeweilig gewünschte Badhöhe zwischen 300 und 1200 mm erreichen kann. Auf dem Roheisenbad schwimmt die flüssige Schlacke 3 auf, wobei der Schlacke aus dem Einschmelzoxidationsreaktor an dieser Stelle auch LD-Schlacke zugeführt werden kann. Ein Aufschmelzen bzw. eine Aufrechterhaltung der erforderlichen Schlackentemperatur zur Erzielung einer dünnflüssigen Schlacke kann durch Aufblasen von Sauerstoff in Richtung des Pfeiles 13 gewährleistet werden, wobei der bodenblasende Konverter 12 hier als kippbarer Konverter ausgebildet ist und in regelmäßigen Abständen entleert werden kann. Aus dem Gasraum des Konverters 12 kann Zink und Blei in der Gasphase gemeinsam mit C02 bzw. CO abgezogen werden, wobei nach Kondensieren von Zink und Blei das Gasgemisch dem Heißzyklon 5 aufgegeben werden kann.

Die jeweils abgezogene, von Chrom weitestgehend befreite Schlackenmenge kann granuliert werden und in granulierter Form entsprechend weiterverwendet werden. Das gewonnene Roheisen kann unmittelbar im Stahlwerk weiterverarbeitet werden.

Bei der Ausbildung nach Fig. 3 wird die Schlacke dem Eisenbadreaktor 14 kontinuierlich aufgegeben. Es ist wiederum ein Einschmelzoxidationsreaktor 1 vorgesehen, in welchem eine 4

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1. AT 406 267 B Schlackenvorwärmung bzw. Eisenverbrennung erfolgt. In den Einschmelzoxidationsreaktor wird Sauerstoff über Ringdüsen 15 eingeblasen, um die gewünschte Schmelztemperatur zu erzielen. Das weitestgehend angeschmolzene Material wird über den Stößel 2 in den Raum befördert, in welchem sich die flüssige Schlacke 3 sammelt. Die erforderlichen Temperaturen können hier mit einer Brennlanze 16 aufrecht erhalten werden, wobei die Schlacke kontinuierlich in den nachfolgenden Elsenbadreaktor 14 übergeführt wird. Die Zuführung von Sauerstoff und Kohlenstoff erfolgt bei dieser Ausgestaltung im unteren Bereich des Eisenbades, wobei die Höhe des Eisenbades über den Sauerstoff- bzw. Kohlenstoffeinblasdüsen in der gewünschten Welse zwischen 300 und 1200 mm geregelt wird. Ebenso wie bei der Darstellung in Fig.2 ist im Eisenbadreaktor ein Echolot 17 angeordnet, mit welchem die Schaumbildung überwacht wird, um die entsprechende Einblasmenge bzw. den Einblasdruck zu regeln. Die Roheisenbadhöhe kann mit konventionellen Methoden abgetastet werden und in die gewünschte Regelung eingehen. Aus dem Eisenbadreaktor 14 bei der Darstellung nach Fig. 3 kann wiederum Zink, Blei und Kohlenmonoxid über einen Abzug 18 ausgebracht werden, wobei die im Durchlauf behandelte Schlackenmenge über einen Abstich 19 einem Granulator zur Herstellung von puzzolanischen Granulaten zugeführt wird. Die in Fig.2 und Fig.3 schematisch erläuterten Vorrichtungen eignen sich für die Aufgabe unterschiedlicher Verbrennungsrückstände bzw. Schlacken, und es können neben Müllverbrennungsschlacken auch unmittelbar Pyrolisate eingebracht werden, wodurch teilweise fossile Energie zum Aufheizen bzw. Einschmelzen der Schlacke eingespart werden kann. Aufgrund der vorgeschlagenen Regelung über die Badhöhe und/oder die Erfassung von unzulässigen Betriebszuständen, wie beispielsweise übermäßige Schaumbildung, kann die Verfahrensweise weitestgehend optimiert und automatisiert werden, wobei insbesondere, wie aus der in Fig.3 erläuterten Anlage ersichtlich, auch eine kontinuierliche Fahrweise und damit eine besonders gute Wirtschaftlichkeit gewährleistet werden kann. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von Puzzolanen, synthetischen Hochofenschlacken, Belit- oder Alitklinkem, sowie von Roheisenlegierungen aus oxidischen Schlacken, bei welchen die oxidierten flüssigen Schlacken über einem Eisenbad reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in das Eisenbad Kohlenstoff über Baddüsen zum Aufrechterhalten eines C-Gehaltes von zwischen 2,5 und 4,6 Gew.% eingeblasen wird und dass die Eisenbadhöhe zwischen 300 und 1200 mm eingestellt wird, wobei bei Überschreiten einer Eisenbadhöhe von 1200 mm Roheisen abgestochen wird und die eingeblasene Kohlenstoffmenge in Abhängigkeit von einer Messsonde geregelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Messsonde ein Echolot oder ein Schallpegelmonitor verwendet wird und dass bei Auftreten von Schaum zusätzlicher Kohlenstoff und/oder CaO in das Eisenbad eingeblasen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Eisenbad Luft oder Sauerstoff eingeblasen wird und dass auf die aufschwimmende flüssige Schlacke Luft oder Sauerstoff in einer die in das Bad eingeblasene Menge um einen Faktor 2 bis 3 übersteigenden Menge aufgeblasen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in den Blasleitungen zu den in das Eisenbad mündenden Düsen in Abhängigkeit von der Höhe des Bades geregelt wird und bei zunehmender Höhe des Bades erhöht wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Schlacke kontinuierlich zugeführt und abgezogen wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Zeiteinheit eingeblasene Kohlenstoffmenge bei Überschreiten einer Grenztemperatur in der Schlacke oder dem Gasraum reduziert wird und/oder zumindest teilweise durch CaO substituiert wird. 5 AT 406 267 B
7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem bodenblasenden Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter in einem der gewünschten Eisenbadhöhe entsprechenden Bereich auf geringere Querschnittsfläche bzw. verjüngt ausgebildet ist und über wenigstens eine Sonde zur Erfassung der Schaumbildung, zur Ermittlung der C-Konzentration im Eisenbad und/oder der Temperatur der Schlacke und/oder des Gasraumes ausgestaltet ist, dessen Signale einer Regelschaltung für die Kohlenstoffdosierung und/oder dem Eisenbadabstich zugeführt sind. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 6