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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken oder Schaumschlacken, in welcher die Schlacken mit Dampf und/oder Wasser beaufschlagt werden, mit einem Schlackentundish und einer im Boden des Schlackentundish angeordneten Schlackenaustrittsöffnung. Der Schlackentundish kann hiebei unter Druck stehen.
Zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken sind bereits Verfahren bekannt geworden, bei welchen Druckwasser oder Dampfstrahlen gegen einen Schlackenstrahl gerichtet wurden. In der WO 95/15402 wurde beispielsweise die Schmelze in eine Mischkammer unter Druck eingebracht und in die Mischkammer Druckwasserdampf oder Wasserdampfgemische eingedüst. Durch die rasche Expansion wird bei diesem Verfahren ein Druck aufgebaut, der über ein Diffuser zum Ausstoss der erstarrten Partikel führt, wobei die kinetische Energie der Teilchen zur Zerkleinerung genützt werden kann. Bei dem Verfahren nach der SU 1 761 704 A1 wird ein Dampfstrahl gegen einen freifliessenden Schlackenstrahl gerichtet, wobei eine definierte Strahlgeschwindigkeit für den Dampfstrahl eingehalten wird, sodass dadurch die Qualität des Granulats verbessert werden kann.
Weitere Verfahren dieser Art sind beispielsweise in der SU 903 328 A, in der DE 32 40 142 A1, in der DE 39 19 155 A1, in der WO 86/5818 und der DE 43 27 124 C2 beschrieben
Zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken wurde auch bereits vorgeschlagen, diese mit Dampf oder Treibgas in Granulierräume auszustossen, wobei in der Folge eine weitere Zerkleinerung in Strahlenmühlen unter Verwendung von Treibgasstrahlen erfolgte. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der WO 99/42623 bekannt.
Schlacken fallen üblicherweise bei Temperaturen zwischen 1400 C und 1600 C an, und aufgrund der relativ hohen Temperaturdifferenz zwischen dem Treibgasstrahl und der flüssigen Schlacke, besteht bei derartigen Verfahren die Gefahr der Ausbildung mehr oder minder grosser Agglomerate sowie die Gefahr einer Fadenbildung, welche in der Folge den Zerkleinerungsaufwand erhöht und die Abkühlgeschwindigkeit empfindlich verringert. Vorrangig wurde bei allen Vorschlägen bisher eine möglichst rasche Abkühlung der Schlacken angestrebt, wobei dies naturgemäss durch Agglomeratbildung und Fadenbildung beeinträchtigt werden kann.
Es wurde weiters bereits vorgeschlagen, die flüssige Schlacke mit Verbrennungsabgasen in einen Granulierraum auszustossen, um die Gefahr eines Verlegens der Schlackenaustrittsöffnung aus dem Schlackentundish durch erstarrende Schlacke zu reduzieren. Bei derartigen Verfahren gelangen die in den Granulierraum eingestossenen Schlacken partikel mit wesentlich höherer Temperatur in eine nachgeschaltete Kühlzone, wobei die höheren Temperaturen eine geringere Schlackenviskosität und eine Verringerung der Oberflächenspannung der Schlackentröpfchen zur Folge haben, sodass eine feinere Zerteilung der Schlackentröpfchen beim Eintreten in die Kühlzone erzielt werden kann. Die feine Dispersion von Schlackentröpfchen führt dabei zu entsprechend kleinen Tröpfchen mit relativ hoher spezifischer Oberfläche, sodass die Abkühlung in kleinbauenden Kühlkammern erreicht werden kann.
Derartige Ausbildungen erfordern allerdings den Einbau von Brennern im Bereich des Tundishschlackenauslaufes, was zu einem hohen konstruktiven und apparativen Aufwand führt.
Insgesamt wurde bei den bekannten Vorschlägen jeweils Fluid unter Druck zum Ausstossen von flüssigen Schlacken aus einem Schlackentundish in eine nachgeschaltete Granulierkammer herangezogen, sodass insbesondere beim Einsatz von Dampf als Treibmedium eine entsprechende Dampferzeugung zur Herstellung des Hochdruckdampfes der Einstossöffnung vorgeschaltet werden musste
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art konstruktiv zu vereinfachen und auf gesonderte vorgeschaltete Dampferzeuger bei der Verwendung von Dampf als Treibmedium zu verzichten.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemässe Vorrichtung im wesentlichen darin, dass die Schlackenaustrittsöffnung als ringförmiges Überlauf-Wehr ausgebildet ist und dass koaxial bzw. konzentrisch zum ringförmigen Wehr ein Wasser- und/oder Dampfzuführungsrohr angeordnet ist, dessen Austrittsöffnungen innerhalb eines Schlackenaustrittsrohres oder aus der Schlackenaustrittsöffnung vorragend münden. Dadurch, dass die Schlakkenaustrittsöffnung als ringförmiges Überlauf-Wehr ausgebildet ist, lässt sich unmittelbar ein mantelförmiger flüssiger Schmelzenstrahl erzielen, welcher nach Art eines Schmelze-Hohlzylinders ausströmt, wobei aufgrund des ringförmigen Überlauf-Wehres die Wandstärke sehr einfach über den Schlackendurchsatz und die Viskosität eingestellt werden kann.
Dadurch, dass nun innerhalb
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dieses Schmelze-Hohlzylinders koaxial bzw. konzentrisch ein Wasser- und/oder Dampfzuführungsrohr bevorzugt mit einem Sprühkopf, angeordnet ist, dessen Sprühöffnungen innerhalb oder aus der Schlackenaustrittsöffnung vorragend angeordnet sind und bevorzugt zumindest teilweise radial orientiert sind, wird im Bereich des Schlackenaustrittes eine rasche Erhitzung des zugeführten Druckwassers und eine entsprechende Verdampfung erzielt, wobei gleichzeitig die Schlackentemperatur abgesenkt wird. Ausgehend von üblichen Schlackentemperaturen von etwa 1500 C ist aber eine Kühlung der schmelzflüssigen Schlacke auf 1350 C unkritisch, da Schmelzen in diesem Temperaturbereich immer noch dünnflüssig genug sind. Die Abkühlung von 1500 C auf 1350 C erlaubt aber gleichzeitig eine entsprechende Verdampfung bzw.
Erhitzung (Überhitzung) des über das zum ringförmigen Wehr koaxial bzw konzentrisch angeordnete Zuführungsrohr zugeführten Mediums, sodass über den innerhalb oder unterhalb der Öffnung angeordneten Sprühkopf Dampf gerichtet ausgesprüht werden kann und eine rasche Zerstäubung und damit eine effiziente Zerkleinerung ohne Schwierigkeiten gelingt. Wenn bei einer derartigen Ausbildung Druckwasser, beispielsweise bei 10 bar mit etwa 80 C, zugeführt wird, gelingt es, dieses Druckwasser auf bis zu 1350 C zu erhitzen, wodurch naturgemäss eine Verdampfung eintritt. Pro Tonne Schlackenschmelze können auf diese Weise ohne weiteres bis zu 50 kg Druckwasser verdampft werden, wobei ein Dampfvolumen von etwa 20 bis 40 m3 Dampf/t Schlacke resultiert. Die Schallgeschwindigkeit im Wasserdampf beträgt bei 1350 C etwa 960 m/Sek.
Die Strömungsgeschwindigkeit ergibt in der Regel beispielsweise bei Einsatz von Druckwasser unter einem Druck von 10 bar nach der entsprechenden Verdampfung unterkritische Verhältnisse, sodass mit konventionellen Düsen das Auslangen gefunden werden kann. Der sich dem Zerstäubungsprozess anschliessende Tröpfchenkühlvorgang kann in der Folge durch Strahlungskühlung oder aber durch Direkteinspritzung von Wasser, Heisswasser oder Nassdampf erfolgen.
Mit Vorteil ist die erfindungsgemässe Vorrichtung so ausgebildet, dass das Zuführungsrohr im Bereich des ringförmigen Wehrs gewendelt bzw. als Flossenrohr ausgebildet ist. Ein derartiges gewendeltes Rohr erlaubt eine besonders gute Wärmeübertragung und eine rasche Verdampfung von zugeführtem Druckwasser. In besonders einfacher Weise kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass im Anschluss an die Schlackenaustrittsöffnung eine rohrförmige Wand mit radialen Durchtrittsöffnungen für Dampf und/oder Hochdruckwasser angeordnet ist, deren lichte Weite grösser als die lichte Weite der Schlackenaustrittsöffnung ist. Über derartige radiale Durchtrittsöffnungen kann von aussen Druckwasser, Heisswasser, Nassdampf oder auch überhitzter Dampf zugeführt werden, wobei die Wand eines derartigen Rohres gekühlt sein kann und selbst als Strahlungskühler wirksam wird.
Bevozugt ist die Ausbildung hiebei so getroffen, dass die rohrförmige Wand im Anschluss an die Schlackenaustrittsöffnung von einer Verdampferkammer umgeben ist und dass die Verdampferkammer über eine Dampfleitung unter Zwischenschaltung einer Dampftrommel mit dem Dampfzuführungsrohr verbunden ist.
Eine weitere Verbesserung der Zerkleinerungsleistung lässt sich dadurch erzielen, dass die radialen Durchbrechungen in der rohrförmigen Wand und die radialen Sprühöffnungen des Sprühkopfes zumindest teilweise in voneinander verschiedenen Radialebenen angeordnet sind. Der Schmelze-Hohlzylinder wird auf diese Art und Weise alternativ von innen und von aussen mit Druckwasser bzw. Dampf beaufschlagt, wobei Schwingungen induziert werden können, welche weitere Scherkräfte zur Folge haben und dadurch die Desintegration noch weiter verstärken. Insgesamt kommt es zu einem quasi isothermen Zerstäuben des Schmelzehohlzylinders, wobei Tröpfchendurchmesser von unter 50 m ohne weiteres erreicht werden.
Gemeinsam mit dem über das koaxiale bzw. konzentrische Rohr zugeführten Druckwasser bzw. dem Dampf, können über die aussenliegenden Wände in der anschliessenden Kühlkammer insgesamt etwa 400 kg Druckwasser bzw. Dampf/t Schmelze zugeführt werden, sodass die Temperatur des austretenden Mikrogranulatdampfgemisches auf unter 460 C gebracht werden kann. Bei derartigen Temperaturen ist ein glasartiges Erstarren abgeschlossen.
Mit Vorteil ist die erfindungsgemässe Ausbildung so weiter gebildet, dass der gewendelte oder als Flossenrohr ausgebildete Abschnitt des den Sprühkopf tragenden Zuführungsrohres als Strahlungsdampferzeuger ausgebildet ist und dass der Aussendurchmesser des gewendelten Abschnittes kleiner ist als die lichte Weite der Schlackenaustrittsöffnung verringert um die doppelte Wandstärke des über das ringförmige Wehr überlaufenden mantelförmigen Schlackenstrahles. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Schmelze-Hohlzylinder an keiner Stelle mit dem Sprühkopf oder der
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Wand kollidiert, sodass der Verschleiss minimiert wird.
Insgesamt ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass die Sprühöffnungen des Sprühkopfes für Druckwasser mit einem Druck zwischen 5 und 25 bar ausgelegt sind, wobei mit Vorteil die Sprühöffnungen des Sprühkopfes für einen Zuführungsdruck von unter etwa 10 bar als konvergente Düsen und für einen etwa 10 bar übersteigenden Druck als Lavaldüsen ausgebildet sind, wobei Dampf mit Temperaturen zwischen 700 C und 1350 C, insbesondere etwa 800 C, ausgestossen wird. Bei entsprechend höherem Druck werden kritische Bedingungen erreicht, sodass Lavaldüsen erforderlich werden.
Bevorzugt erfolgt die Schlackenzufuhr tangential zum ringförmigen Überlaufwehr, sodass auch ein hoher Schlackendurchsatz mit gleichmässiger Manteldicke des austretenden hohlzylindrischen Schlackenstrahles gewährleistet ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von Schlacken mit der zuvor beschriebenen Einrichtung wird mit Vorteil so durchgeführt, dass die Schlackenschmelze als Schaumschlacke eingesetzt wird. Prinzipiell können naturgemäss ebenso leicht Kompaktschlacken zerkleinert und zerstäubt werden. Wenn jedoch bestimmte Zusammensetzungen des Granulates erzielt werden sollen, ist es in aller Regel erforderlich, die Einsatzschlacke entsprechend einzustellen. Als Einsatzschlacke eignet sich in erster Linie flüssige Hochofenschlacke, wobei naturgemäss mit Vorteil flüssige Stahlschlacke zugemischt werden kann, um die Basizität anzuheben. Wenn für das gewünschte Endprodukt auch der Al2O3-Gehalt angehoben werden soll, kann auch Flugasche aus Steinkohlekraftwerken oder aber Bauxit zugesetzt werden.
Um ein intensives Durchmischen derartiger Mischschlacken sicherzustellen, kann in derartige Schmelzen Luft eingeblasen werden, wobei sich überraschender Weise gezeigt hat, dass diese Mischschlacke zu starker Schaumbildung neigt. Um die erforderliche Temperatur aufrechtzuerhalten, kann derartigen Schlackenschäumen auch grobkörnige Kohle zugegeben werden, wodurch die Schaumbildung weiter unterstützt wird, und das Eisenoxid der Schaumschlacke, wie es beispielsweise aus der Zugabe von Stahlschlacke resultiert, praktisch restlos zu metallischen Eisentröpfchen reduziert werden kann. Ein Schaumschlackenüberlauf kann besonders problemlos durch Eindüsen von Wasser überaus fein mikrogranuliert werden.
Auch Chrom-, Mangan- und Vanadiumoxide in der Schlacke können zumindest teilweise reduziert werden, und es lassen sich in derartigen Schaumschlacken die gewünschte Schlackenzusammensetzung in besonders einfacher Weise ohne aufwendige zusätzliche Einrichtungen einstellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird hiebei mit Vorteil so durchgeführt, dass 30 bis 150 kg Wasser über das Wasser und/oder Dampfzuführungsrohr und insgesamt 400 bis 500 kg Wasser, je t Schlacke eingesetzt werden, wobei vorzugsweise Druckwasser mit einem Druck von 5 bis 25 bar dem Sprühkopf zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine erste Ausbildung eines Schlackentundish mit dem erfindungsgemässen Sprühkopf, Fig. 2 eine abgewandelte Ausbildung in einer Schnittdarstellung analog der Fig. 1, Fig. 3 eine weitere Ausbildung mit verbessertem Dampfkreislauf, Fig. 4 eine abgewandelte Ausführung in einer Darstellung entsprechend Fig. 3, Fig. 5 eine Draufsicht auf den Teller-Tundish, Fig. 6 eine weitere Ausgestaltung und Fig. 7 eine schematische Teilansicht eines Flossenrohres.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Tellertundish bezeichnet, dessen Auslauföffnung mit 2 bezeichnet ist. Der Tundish weist ein ringförmiges Wehr 3 auf, welches einen Überlauf 4 ausbildet, über welchen die Schlacke als Hohlzylinder mit einem Mantel 5 abfliesst. Konzentrisch zum Wehr 3, dessen Achse mit 6 bezeichnet ist, ist ein gewendeltes Druckwasserzuführungsrohr 7 angeordnet, welches unter- halb des Schlackenaustritts 8 des Schlackentundish in einen Sprühkopf 9 übergeht. Ebenso konzentrisch ist eine rohrförmige Wand 10 mit Durchbrechungen 11 für Dampf oder Druckwasserdü- sen nachgeschaltet, deren Mündungen in radialen Ebenen auf den Schlackenmantel 5 gerichtet sind.
Im Bereich zwischen dem Überlauf 4 und dem Schlackenaustritt 8 erfolgt eine intensive Erhit- zung des über die Wendel 7 zugeführten Mediums, welches im Fall von Druckwasser weitestge- hend verdampft und über die Düsen 12 des Sprühkopfes 9 ausgestossen werden kann. Wenn diese
Düsen im wesentlichen radial gerichtet sind, können sie in Radialebenen angeordnet sein, welche von den Radialebenen, in welchen die Düsen 11 angeordnet sind, verschieden sind, sodass der
Mantel 5 der schmelzflüssigen Schlacke zu schematisch mit 13 angedeuteten Schwingungen an- geregt wird, sodass weitere Scherkräfte auf den erstarrenden Schlackenstrahl zur Wirkung gelan-
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gen.
Die überaus feinen mikrogranulierten erstarrten Partikel 14 können in der Folge nach einer weiteren Kühlstrecke, bei welcher über die Düsen 11Druckwasser eingesprüht werden kann, abgezogen werden.
Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist an die Austrittsöffnung 8 des Tellertundish 1 ein rohrförmiger Ansatz 15 aus feuerfestem Material angeschlossen, sodass die Höhe der Wendel 7, über welche Fluid unter Druck zugeführt wird, entsprechend vergrössert werden kann, um eine entsprechende Dampferzeugung sicherzustellen. Die Wendel 7 wirkt hiebei als Strahlungsdampferzeuger, wobei der gebildete Dampf wiederum über die Düsen 12 und weitere abwärts gerichtete Düsen 16 aus dem Sprühkopf 9 ausgestossen wird. Die im anschliessenden rohrförmigen Teil 10 vorgesehenen Düsen 11 können hiebei, wie schematisch angedeutet, als Lavaldüsen ausgebildet sein, um auch bei kritischen Druckverhältnissen eine entsprechende Kühlleistung und ein rasches Granulieren sicherzustellen.
Im Bereich des Schlackenauslaufes bzw. des Strahlungsdampferzeugers wird die Schlacke von beipielsweise 1500 C auf 1350 C heruntergekühlt, worauf in der Folge die mit etwa 1350 C austretende heisse Schlackenschmelze mit Druckwasser und Dampf auf etwa 800 C zerstäubt und gekühlt wird. Zu diesem Zweck können beispielsweise etwa 130 kg Druckwasser bei 20 bar/t Schlackenschmelze eingesetzt werden. Da die Enthalpie des verdampften Wassers im Verhältnis zur Enthalpie des Wasserdampfes im Granulierraum zu Dampf-Überschallgeschwindigkeit führt, muss in diesem Falle über Lavaldüsen aus dem Dampfdüsenkopf entspannt werden.
Wenn für die Abkühlung der Schlacke von 1350 C auf 800 C Druckwasser bei lediglich 5 bar mit einer Dampfendtemperatur von 800 C eingesetzt wird, werden gleichfalls etwa 130 kg Was- ser/t Schmelze erforderlich, wobei allerdings auf Lavaldüsen verzichtet werden kann. Der Übergang zwischen kritischem und überkritischem Bereich dürfte bei einem Wasserdruck von etwa 10 bar liegen. Da bei der erfindungsgemässen Einrichtung Dampf sowohl mit hoher Temperatur als auch mit vergleichsweise niederer Temperatur anfällt, kann mit Vorteil der Hochtemperaturdampfkreislauf vom Niedertemperaturdampfkreislauf separat betrieben werden, um auf diese Art und Weise exergetische Verbesserungen zu erzielen. Die Grenztemperatur für die gesonderte energetische Verwertung des Dampfes wird beispielsweise bei etwa 650 C gewählt.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausbildung mit exergetisch verbessertem Dampfkreislauf gezeigt, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Mit 1 ist wiederum ein Tellertundish bezeichnet, welcher unter einem Druck von ungefähr 5 bar steht und an welchem der als Krümmer 17 ausgebildete rohrförmige Teil angeschlossen ist. Der Krümmer 17 wird von einer Verdampferschlange 18 ummantelt, welcher über eine Leitung 19 Druckwasser zugeführt wird. Das Druckwasser wird in der Verdampferschlange im Gegenstrom zu dem im Krümmer 17 fliessenden erstarrenden Schlackenstrahl geführt und wird in einem ersten Abschnitt als Druckwasser, in einem zweiten Abschnitt als Nassdampf und in einem dritten Abschnitt als Heissdampf über Düsen 11 in den Krümmer 17 ausgestossen.
Auf diese Weise wird ein idealer Gegenstrom-Wärmetauscher für den Wärmeaustausch zwischen Schlacke und Wasser bzw. Dampf ausgebildet, wobei gleichzeitig ein Wärmeaustausch durch Konvektion und durch Strahlung erfolgt und ausserdem eine wirksame Desintegration der Schlacke erreicht wird. Die Umlenkung der vertikalen 2-Phasenströmung (Microgranulat und Dampf) in die Horizontale wird über die im Krümmer 17 angeordnete Bedüsung mit Wasser und/oder Dampf stark begünstigt. Dadurch kann der Microgranulator insgesamt mit geringerer Bauhöhe ausgebildet werden, wodurch die Handhabung erleichtert wird. Der Heissdampf wird über eine Leitung 20 von der Verdampferschlange abgezogen und anschliessend dem Zuführungsrohr 21 für den Sprühkopf 9 zugeführt.
Das Zuführungsrohr 21 ist bei dieser Ausbildung nicht gewendelt ausgeführt, da eine intensive Erhitzung des zugeführten Mediums nicht mehr erforderlich ist. Aus der Leitung 20 kann gegebenenfalls eine Teilmenge des Heissdampfes zur weiteren energetischen Verwendung abgezogen werden. Insgesamt ergibt sich durch die Kreislaufführung des Dampfes eine energetisch besonders günstige Konfiguration.
In Fig. 4 ist eine abgewandelte Ausbildung entsprechend der Fig. 3 ersichtlich, bei welcher der Teller-Tundish 1 aus Graphit gefertigt ist. Das ringförmige Überlaufwehr 3 ist als gesonderter Bauteil ausgebildet und kann aus keramischen Werkstoff bestehen. Die Wahl eines von Graphit verschiedenen Werkstoffes ist hiebei insbesondere deshalb von Bedeutung, da Graphit bei den hohen Temperaturen nicht unmittelbar mit Wasserdampf in Berührung kommen soll, da dies zur Bildung von CO2 und Wasserstoff führen könnte. Der Graphit-Tundish 1 kann hier durch eine schematisch
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mit 22 angedeutete Spule elektrisch beheizt werden, wobei das zentrale Auslaufrohr des Tundish entsprechend nach unten verlängert ausgebildet sein kann. Im Anschluss an den Schlackenaustritt ist eine ringförmige Kammer 23 vorgesehen, weiche als Verdampferkammer wirksam wird.
Bei der Ausbildung nach Fig. 4 wird über den Anschluss 19 wiederum Druckwasser zugeführt, wobei dieser letzte Teilbereich, welcher als Strahlungskühler wirksam ist, noch nicht notwendigerweise zur Verdampfung des Druckwassers führt. Das Druckwasser gelangt in eine im Bereich des Krümmers vorgesehene weitere Kammer 24, in welcher zumindest teilweise bereits Verdampfung eintritt. Über die Düsen 11wird aus diesem dem Krümmerbereich entsprechenden Kasten 24 Dampf oder Druckwasser in den Partikelstrom eingestossen, wobei die entsprechenden Ventile gegebenenfalls, wie mit 25 angedeutet, steuerbar sein können und entsprechend verschlossen werden können. Der Dampf bzw. das Druckwasser gelangt in der Folge über eine Leitung 26 in die bereits erwähnte Ringkammer 23, in welcher aufgrund der hohen Temperaturdifferenz eine rasche Verdampfung erfolgt.
Auch hier können wieder gesteuerte Ventile vorgesehen sein, deren Ventilschliessglieder mit 27 angedeutet sind, über welche in der Folge Dampf gegen die ausströmende flüssige Schlakke ausgestossen werden kann. Der in dieser Verdampferkammer 23 gebildete Dampf gelangt nun, wie in Fig. 3 bereits angedeutet, über die Leitung 20 zurück in das Dampfzuführungsrohr 21. Dieses Dampfzuführungsrohr 21 kann wiederum mit einem Sprühkopf 9 versehen werden. Bei entsprechender Dimensionierung des an den Schlackenauslauf anschliessenden Rohres kann aber auch ein unmittelbares Aussprühen von Druckwasser oder Dampf ohne Verwendung eines gesonderten Sprühkopfes 9 vorgesehen sein. Mit 28 ist ein gesonderter Dampfanschluss schematisch angedeutet .
Bei der Ausbildung nach Fig. 5 ist ersichtlich, dass die Schlacke tangential zu dem mit 3 bezeichneten ringförmigen Wehr in den Schlackentundish 1 eingebracht wird. Auf diese Weise entsteht eine zirkulierende Strömung im Teller-Tundish, wodurch sichergestellt wird, dass auch bei hohem Schlackendurchsatz eine gleichbleibende Wandstärke des Mantels der ausfliessenden Schlacke gewährleistet ist.
Bei der Darstellung nach Fig. 6, in welcher die Bezugszeichen aus vorangehenden Figuren weitestgehend beibehalten wurden, mündet die Dampfleitung 21 bereits im Inneren des Auslaufrohres 2 aus dem Schlackentundish 1. In einer ersten anschliessenden Strecke erfolgt eine intensive Abkühlung durch Eindüsen von Wasser und/oder Dampf über die Düsen 11, worauf das zerkleinerte und im wesentlichen bereits erstarrte Material in eine darunterliegende Wirbelschichtkammer 29 gelangt. Innerhalb dieser Wirbelschichtkammer 29 sind Kühlschlangen 30 angeordnet, welche auch als Eintauchkühlflächen bezeichnet werden können. Diese Kühlflächen bzw. Kühlschlangen werden über einen Anschluss 31 mit Druckwasser beaufschlagt, wobei das aus den Kühlschlangen austretende Druckwasser über die Leitung 32 den Düsen 11 zugeführt werden kann.
Aus dem Wirbelschichtraum 29 kann das Material über eine Leitung 33 in einen nachfolgenden Sichter oder ein Sieb 34 verbracht werden, wobei das Feingut über eine Schleuse 35 ausgetragen wird. Die Gasphase, welche in hohem Masse Dampf enthält, wird über die Leitung 36 einem Kondensator zugeführt.
In dem in den Fig. 3 und 4 bereits ersichtlichen Dampfrückführungssystem, welches die Leitung 20 umfasst, kann eine Dampftrommel 37 eingeschaltet sein, welche gleichzeitig auch als Verteiler für den im Prozess benötigten Dampf eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck kann beispielsweise über die Leitung 38 Dampf in die Wirbelschichtkammer 29 zur Aufrechterhaltung einer Wirbelschicht zugeführt, über eine Leitung 39 Exportdampf abgezogen und über eine Leitung 40 gegebenenfalls erforderlicher zusätzlicher Dampf eingebracht werden.
In Fig. 7 ist schliesslich schematisch als Ersatz für die gewendelte Ausführung des Zuführungsrohres 21 ein Wandabschnitt eines Flossenrohres ersichtlich. Die den Wendeln entsprechenden Windungen werden hiebei von schraubenlinienförmig verlaufenden und über Stege miteinander verschweissten Rohren 41 gebildet, sodass insgesamt eine zusammenhängende Wand mit im wesentlichen zylindrischer Gestalt ausgebildet werden kann, welche schraubenlinienförmig von Wasser oder Dampf durchströmt werden kann.
Beim bevorzugten Einsatz von Schaumschlacken können verschiedene Schlackenqualitäten miteinander gemischt werden. Dies gelingt mühelos im Rahmen der Herstellung einer Schaumschlacke, wie nachfolgend noch beschrieben wird Es wurde Hochofenschlacke, Stahlschlacke und Flugasche mit den nachfolgenden Zusammensetzungen miteinander vermischt.
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EMI6.1
<tb>
<tb>
Komponente <SEP> Hochofen- <SEP> Stahlschlacke <SEP> Flugasche
<tb> schlacke <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> SiO2 <SEP> 37 <SEP> 13 <SEP> 48
<tb> AI203 <SEP> 13 <SEP> 6 <SEP> 39
<tb> FeO <SEP> - <SEP> 26 <SEP> 4
<tb> CaO <SEP> 32 <SEP> 42 <SEP> 2
<tb> MgO <SEP> 10 <SEP> 4 <SEP> S <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 0,1
<tb> K20 <SEP> 2 <SEP> 0,5 <SEP> 3
<tb> Ne20 <SEP> 0,5 <SEP> 0,1 <SEP> 0,5
<tb> TiO2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,5
<tb> Cr203 <SEP> - <SEP> 0,1 <SEP> Fe, <SEP> met- <SEP> 6 <SEP> Summe <SEP> 97 <SEP> 98,7 <SEP> 97,1
<tb> CIS <SEP> 0,865 <SEP> 3,231 <SEP> 0,0417
<tb>
Als Zielzusammensetzung der entstehenden Schlacken wurden folgende Parameter gewählt:
CIS - Basizität = 1 -1,5 A1203- Gehalt = 6 -16 %
FeO -Gehalt < 2 %
EMI6.2
Mg0 - Gehalt < 15 %
Glasgehalt > 95 %
Diese Parameter garantieren eine zementtechnologisch hochwertige synthetische Hochofenschlacke, wobei gleichzeitig durch die Zerkleinerung beim Versprühen der Schaumschlacke BlaineZahlen von über 4500 erzielt werden.
Zur Erzielung der eingangs genannten Parameter und zur Einstellung einer C/S-Basizität von 1,5 ergibt sich rechnerisch der zuzusetzende Stahlschlackenanteil (x) wie folgt:
EMI6.3
somit ergibt sich
EMI6.4
Es wurde also 1 Teil Hochofenschlacke mit 1 Teil Stahlschlacke versetzt, um eine C/S - Zielbasizität von ca. 1,5 zu erreichen.
Die entsprechende Misch-Schlacke ergab das folgende Bild:
EMI6.5
<tb>
<tb> Misch-Schlacke
<tb> Komponente <SEP> Anteil <SEP> (%) <SEP> reduziert <SEP> (%)
<tb> Si02 <SEP> 25,6 <SEP> 30,6
<tb> AI203 <SEP> 9,7 <SEP> 11,6
<tb> FeO <SEP> 13,3 <SEP> CaO <SEP> 37,8 <SEP> 45,24
<tb>
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EMI7.1
<tb>
<tb> Misch-Schlacke
<tb> Komponente <SEP> Anteil <SEP> (%) <SEP> reduziert <SEP> (%)
<tb> MgO <SEP> 7,2 <SEP> 8,6
<tb> S <SEP> 0,7 <SEP> 0,8
<tb> K20 <SEP> 1,2 <SEP> 1,3
<tb> Na2O <SEP> 0,3 <SEP> 0,3
<tb> TiO2 <SEP> 1 <SEP> 1,2
<tb> Cr2O3 <SEP> 0,05 <SEP> 0,03
<tb> Fe, <SEP> met <SEP> 3 <SEP> Summe <SEP> 99,85 <SEP> 99,67
<tb> C/S <SEP> 1,48 <SEP> 1,48
<tb>
Durch die Schlacken-Schaumreduktion wurde pro Tonne Misch-Schlacke 138 kg Roheisen gewonnen
Diese Mischschlacke an sich stellt bereits eine wertvolle zementtechnologische Komponente dar.
Um die Frühfestigkeit anzuheben, wurde der Al2O3-Gehalt der Endschlacke von 11,6 auf 16% angehoben.
Dazu wurde die beschriebene Flugasche verwendet Die nötige Zugabe der Flugasche kann wieder sehr einfach aus chemischen Bilanz-Überlegungen gewonnen werden:
EMI7.2
Daraus folgt:
EMI7.3
Es wurde 1 Teil Mischschlacke mit 0,1913 Teilen Flugasche verschnitten. Die entsprechende Schlacke wies die folgende Analyse auf.
EMI7.4
<tb>
<tb>
TSH <SEP> - <SEP> Schlacke
<tb> Komponente <SEP> Anteil <SEP> (%)
<tb> SiO2 <SEP> 33,92
<tb> Al2O3 <SEP> 16,25
<tb> CaO <SEP> 38,9
<tb> MgO <SEP> 7,33
<tb> S <SEP> 0,68
<tb> K2O <SEP> 1,59
<tb> Na2O <SEP> 0,2
<tb> TiO2 <SEP> 1
<tb> Cr2O3 <SEP> 0,03
<tb> Summe <SEP> 99,9
<tb> C/S <SEP> 1,15
<tb>
EMI7.5
werte, die OPC-Zementen mindestens gleichwertig sind.
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Die Zugabe von Feststoffen wie Brandkalk, Flugaschen, Kohle, etc. in die Schaumschlacke gestaltet sich aufgrund des grossen Dichte-Unterschieds überaus einfach.
Die Verschlackungsreaktionen laufen in der Schaumschlacke sehr rasch ab, ebenso die Metalloxid-Reduktion, sodass das Verfahren kontinuierlich betrieben werden kann. Das Oxidationsmittel Luft kann zur Absenkung der spezifischen Gasbelastung mit Sauerstoff angereichert werden.
Auf Bodendüsen kann verzichtet werden. Die Nachverbrennungsreaktion (CO + 1/2 O2 # CO2) findet ebenfalls in der Schaumschlacke mit hohen Wärme-Übertragungsraten ( > 70%) statt, und es wird nur geringe Metall-Rück-Verschlackung beobachtet. Der Metallsumpf (Metallbad) kann beispielsweise über einen Syphon kontinuierlich abgezogen werden.
Aufgrund des hohen Al2O3-Gehalts der Schlacke und der relativ niedrigen C/S-Basizität wurde als Feuerfest-Material bevorzugt hochtonerdiges Material (Steine, FF-Massen) eingesetzt.
Durch die Schaumschlacke ergibt sich insgesamt ein niedriger Feuerfest-Verbrauch, da Schaumschlacke gut isoliert. Der Energie-Eintrag kann auch über Elektroden erfolgen, ähnlich der Schaumschlacken-Praxis im E-Stahlwerk. Bevorzugt wird jedoch der Energie-Eintrag mittels Nachverbrennung durchgeführt.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken oder Schaum- schlacken, in welcher die Schlacken mit Dampf und/oder Wasser beaufschlagt werden, mit einem Schlackentundish (1) und einer im Boden des Schlackentundish angeordneten
Schlackenaustrittsöffnung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackenaustrittsöffnung (2) als nngförmiges Überlauf-Wehr (3) ausgebildet ist und dass koaxial bzw. konzentrisch zum ringförmigen Wehr (3) ein Wasser- und/oder Dampfzuführungsrohr (7) angeordnet ist, dessen Austrittsöffnungen (12) innerhalb eines Schlackenaustrittsrohres oder aus der
Schlackenaustrittsöffnung (2) vorragend münden.