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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Granulieren von schmelzflüssigen Schlacken in einem Wasserbad, insbesondere Siedewasserbad sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Schmelzflüssige Hochofenschlacke fällt üblicherweise bei Temperaturen zwischen 1350 und 1600 C an. Neben der Trockengranulation wird gegenwärtig zumeist eine Kaltwassergranulation zur Erzielung von erstarrten Schlackenpartikeln angewandt, bei welcher die flüssige Hochofen- schlacke mit 6 bis 12 m3 Wasser pro Tonne Schlacke granuliert wird Das eingesetzte Wasser erwärmt sich dabei auf Temperaturen von etwa 85 C und wird in Kühltürmen wiederum auf Tem- peraturen von unter 40 C abgekühlt, wobei als Kühlenthalpie somit nur die fühlbare Wärme des Wassers zwischen etwa 40 und etwa 85 C zur Verfügung steht. In der Wasserphase kommt es zu einer Aufsalzung und teilweise zu einer Verdunstung des Wassers Es muss daher in regelmässigen Abständen die wässrige Phase abgeschlämmt werden und Zusatzwasser hinzugefügt werden.
Bedingt durch die Schlackenchemie weist das Abwasser relativ hohe pH-Werte auf, wobei pH- Werte bis zu etwa 12 beobachtet werden. Derartiges Kühlwasser kann daher in der Folge nicht ohne Vorbehandlung einem Vorfluter aufgegeben werden, und es muss daher zwingend neutrali- siert und meist auch noch zusätzlich gekühlt werden. Die Schwebstoffe des Abwassers müssen ebenfalls sedimentiert werden.
Sowohl die Schwebstoffe als auch der hohe Salzgehalt des Abwassers sind keinesfalls um- weltvertraglich, sodass die Entsorgung mit weiteren Kosten verbunden ist. Das aus einer derartigen Nassgranulation ausgetragene Schlackengranulat weist eine Restfeuchte von 8 bis 24 Gew.% auf und muss daher unter weiterem Kostenaufwand mechanisch vorentwässert und thermisch getrock- net werden. Das Granulat fällt mit Korngrössen zwischen 10 und 1500 m als relativ dichtes Korn an und weist nur geringe Porosität auf, sodass ein nachfolgender weiterer Zerkleinerungsprozess, und insbesondere ein Mahlprozess, relativ energteaufwendig ist.
Je gröber das Korn, desto gerin- ger ist der Verglasungsanteil, und es liegt insbesondere der Grobfraktionsanteil mit Korngrössen von über 600 m zumindest teilweise entglast vor, wohingegen der Feinanteil aufgrund der relativ langen Verweilzeit im Wasser bereits teilweise hydratisiert vorliegt und in der Folge daher zement- technologisch inaktiv wird.
Bei der Granulation fallen hohe Mengen an Schwefelwasserstoff an, wobei die H2S-Emission aus einer Schlacke-Wasser-Reaktion stammt und über aufwendige Gaswäscher eliminiert werden muss. Bei dieser Schlacke-Wasser-Reaktion wird Kalziumsulfid mit Wasser zu Kalziumoxid und Schwefelwasserstoff umgesetzt, welches mit dem verdunstenden Wasser in der Gasphase in entsprechender Verdünnung mit Luft vorliegt.
Um das Kühlmedium Wasser thermisch effizienter zu nutzen und gleichzeitig H2S in höherer Konzentration abziehen zu können, wurde in der österreichischen Patentanmeldung A 44/2000 bereits vorgeschlagen anstelle der üblichen Kaltwassergranulation Kühlwasser mit Siedetempera- tur vorzulegen. Durch die Verwendung von Kühlwasser bei Siedetemperatur steht die latente Verdampfungsenthalpie des Kühlwassers zur raschen Abkühlung zur Verfügung, wodurch der Schlackenglasgehalt maximiert werden kann. Das auf diese Weise gebildete Granulat zeichnet sich durch eine sehr geringe scheinbare Dichte aus und schwimmt auf dem siedenden Wasser auf, wobei gleichzeitig ein Produkt erhalten wird, das sich durch eine besonders gute Mahlbarkeit auszeichnet.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art und insbesondere ein Verfahren, bei welchem ein Siedewasserbad eingesetzt wird, dahingehend zu verbessern, dass die Granulation rascher vorgenommen werden kann und gleichzeitig eine besonders gute Vorzer- kleinerung erfolgt, wodurch kleinerbauende Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zum Einsatz gelangen können.
Zur Losung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass die schmelzflüssige Schlacke mit Brennern beaufschlagt wird und auf Temperaturen von 50 bis 350 C über Solidustemperatur erhitzt wird und mit dem durch die Bren- ner aufgebrachten Impuls in das Wasserbad, insbesondere Siedewasserbad, eingebracht wird Dadurch, dass die schmelzflüssige Schlacke überhitzt wird, kommt es zum einen zu einer vermehr- ten Losung von Gasen in der Schlacke und zum anderen zu einer raschen Abnahme der Viskosität und Oberflächenspannung aufgrund der überhöhten Temperatur.
Auf diese Weise wird nach dem Einblasen in Siedewasser unmittelbar eine Schaumschlacke gebildet, wobei dadurch, dass die überhitzte Schlacke mit dem durch die Brenner aufgebrachten Impuls in das Wasserbad und
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insbesondere das Siedewasserbad eingebracht werden, ein möglichst tiefes Eindringen des Schla- ckenstrahles in das Wasser bzw.
Wasserdampfgemisch erzielt wird, wodurch eine hinreichend lange Verweilzeit bei extrem guten Wärme- und Stoffübergängen vor dem Aufschwimmen und Austragen des Granulates im Siedewasserbad sichergestellt werden kann Die Verwendung von Brennern zur Beaufschlagung der schmelzflüssigen Schlacke vor dem Eindringen des Schlacken- strahles in das Siedewasserbad führt hiebei gleichzeitig zu emem Aufreissen des Schlackenstrahles und damit zu einer weiteren Oberflächenvergrösserung, wodurch die Gaslöslichkeit erhöht wird und em verbesserter Wärmeübergang erzielt wird.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren hiebei so durchgeführt, dass die Brenner als Impulsbrenner mit einem Gasvordruck von 4 bis 10 bar, insbesondere 6 bar, betrieben werden, wobei derartige Impulsbrenner insbesondere dann, wenn die Achsen der Brenner entsprechend orientiert sind und ein Drall auf den Schlackenstrahl ausgeübt wird, dazu führen, dass mit beson- ders flachbauenden und kleinbauenden Vorrichtungen für die gewunschte Verglasung und Granu- lation das Auslangen gefunden werden kann.
Um sicherzustellen, dass der beim Eintritt des Schlackenstrahles in das Siedewasserbad gebil- dete Dampf nicht längs der Achse des Schlackenstrahles aufsteigt, wird mit Vorteil das erfindungs- gemasse Verfahren so durchgeführt, dass die Schlackenüberhitzung in einem von der Badoberfla- che abgeschlossenen Raum eines Fallschachtes unter Ausbildung eines überatmosphärischen Druckes vorgenommen wird. Um sicherzustellen, dass nach dem Austragen der granulierten Schla- cke die der Oberfläche der Schlackenpartikel anhaftende Restfeuchtigkeit rasch entfernt werden kann, wird mit Vorteil so vorgegangen, dass das Granulat mit einer Temperatur, welche höher ist als die Temperatur des Wasserbades und insbesondere über der Siedetemperatur liegt, ausgetragen wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Granulieren von flussigen Schlacken in einem Was- serbad, insbesondere in einem Siedewasserbad, ist mit Vorteil so ausgebildet, dass oberhalb des Wasserbades ein Fallschacht für die flüssige Schlacke angeordnet ist, in welchen Brenner mün- den. Ein derartiger Fallschacht ermöglicht es den Brenner in der gewünschten Geometrie anzuord- nen und auf diese Weise den gewünschten Impuls auf den Schlackenstrahl zu übertragen und insbesondere dem Schlackenstrahl auch einen entsprechenden Drall zu verleihen, wodurch eine rasche Dispersion des bereits durch die Brenner vorzerteilten Schlackenstrahles im Wasserbad erzielt wird, wobei gleichzeitig mit einem Wasserbad geringer Bauhöhe das Auslangen gefunden werden kann, da die Umsetzung aufgrund der grossen Oberfläche und der höheren in den Schla- ckentröpfchen gelösten Gasmenge rascher erfolgt.
Um einen dichtenden Abschluss zu gewährleisten und gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen einen entsprechenden Überdruck aufzubauen, welche das Aufsteigen von Wasserdampf verhin- dert, ist die erfindungsgemässe Vorrichtung mit Vorteil so weitergebildet, dass die Unterkante des Fallschachtes in das Siedewasserbad eintaucht
Eine besonders bevorzugte Ausbildung, bei welcher der lichte Querschnitt des Fallschachtes an seinem dem Siedewasserbad zugewandten Ende zunimmt, ermöglicht es m einfacher Weise die Brenner so anzuordnen, dass der Schlackenstrahl einen Drall erfährt und gleichzeitig aufgeris- sen bzw. aufgefächert wird, sodass die Umsetzung weiter beschleunigt wird.
Mit Vorteil ist die Ausbildung hiebei so getroffen, dass die Brenner im Übergangsbereich eines zylindrischen Ab- schnittes zu einem sich trichterförmig erweiternden Abschnitt des Fallschachtes angeordnet sind, wobei zur Erzielung eines intensiven Dralles mit Vorteil die Achsen der Brennerdusen ungefähr tangential zum Hüllkreis des Schlackenstrahles und insbesondere tangential zu einem Kreis mit etwa 2/3 des Radius des Schlackenstrahlquerschnittes orientiert smd.
Um gleichzeitig dem Schlackenstrahl mittels der Impulsdrallbrenner die gewünschte Beschleu- nigung für ein tieferes Eintauchen der dispergierten Teile in das Siedewasser zu übertragen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass die Brennerachsen mit der Achse des Schlackenstrahles einen spitzen Winkel einschliessen und in Freifallrichtung abwärts gerichtet sind
Bedingt durch den mit den mit einem Gasvordruck betriebenen Brennern erzielten Überdruck entsteht oberhalb der Brennerebene ein Saugdruck, welcher das rasche Ausbringen von Schla- ckentröpfchen behindern konnte. Um hier eine entsprechende Kompensation zu ermöglichen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass an dem Fallschacht oberhalb der Brenner Leitungen fur Heissgas angeschlossen sind.
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Wie eingangs bereits erwähnt, wird mit dem erfindungsgemässen Verfahren und in der erfin- dungsgemässen Vorrichtung eine Schaumschlacke ausgebildet, welche sich durch ein besonders geringes spezifisches Gewicht auszeichnet. Eine derartige Schaumschlacke schwimmt daher rasch wieder an die Badoberfläche auf und kann daher in einfacher Weise ausgetragen werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist hiebei bevorzugt so ausgebildet, dass ein Überlauf an das Wasserbad anschliesst, an welchem eine Abfördereinrichtung, insbesondere ein Förderband, an- schliesst, wobei vorzugsweise unterhalb der Abfördereinrichtung ein Sammelgefäss für abtropfendes Wasser angeordnet ist, welches über eine Leitung mit einem Regelventil mit dem Wasserbad verbunden ist. Das an der Oberfläche der granulierten Teilchen anhaftende Kondenswasser kann hiebei bei Temperaturen nahe dem Siedepunkt abtropfen und aus dem Sammelgefäss in einfacher Weise in das Wasserbad rezirkuliert werden, wobei eine zusätzliche Rührwirkung im Wasserbad zur Beschleunigung des Wärme- und Stoffumsatzes dadurch erfolgen kann, dass am Boden des Wasserbades eine Leitung für das Einbringen von Dampf angeschlossen ist.
Mit einer derartigen Rührwirkung kann die Verweilzeit der Teilchen im Siedewasserbad entsprechend den gewünsch- ten Verweilzeiten zur vollständigen Verglasung eingestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus- führungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung schematisch im Schnitt, Fig. 2 eine abgewandelte Ausbildung des Fallschachtes der erfindungs- gemässen Vorrichtung und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 der Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine Granuliervorrichtung 1 ersichtlich, welche ein Siedewasserbad 2 aufweist.
Über einen Fallschacht 3 gelangt ein flüssiger Schlackenstrahl 4 in das Siedewasserbad 2, wobei am unteren Ende des Fallschachtes 3 eine Mehrzahl von Brennern 5 vorgesehen ist, mittels wel- cher die schmelzflüssige Schlacke überhitzt wird und auf Temperaturen von 50 bis 350 C über der Erstarrungstemperatur bzw. Solidustemperatur erhitzt wird. Bei entsprechender Orientierung der Achsen der Brenner 5 kann dem schmelzflüssigen Schlackenstrahl ein entsprechender Impuls bzw Drall mitgegeben werden, wobei dies in den Fig. 2 und 3 noch näher erläutert ist.
Die schmelzflüssige Schlacke erstarrt im Siedewasserbad 2, wobei unmittelbar ein rasch auf- schwämmende Schaumschlacke gebildet wird und eine entsprechende Vorzerkleinerung beim Erstarren erfolgt. Die erstarrten Schlackenpartikel werden über einen Überlauf 6 ausgetragen und gelangen auf ein Förderband 7, von welchem anhaftendes kondensiertes Wasser abtropft und in einem Wassersammelbehälter 8 aufgefangen wird. Über die Leitung 9 und ein entsprechend regulierbares Ventil 10 kann derartiges abtropfendes Wasser im Kreislauf geführt werden und neuerlich in das Siedewasserbad eingespeist werden. Das Siedewasserbad wird durch die über- hitzte Schlacke entsprechend auf Siedetemperatur gehalten, wobei eine weitere Rührwirkung über schematisch mit 11 angedeutete Dampfdüsen am Boden des Siedewasserbades ausgeübt werden kann.
Die gesamte Vorrichtung ist durch einen Deckel 12 abgedeckt, an welchen ein Brüdenabzug 13 angeschlossen ist. Die Brüden können der Kondensation zugeführt werden, wobei in einer Claus-Anlage eine partielle Schwefelwasserstoffoxidation vorgenommen werden kann, um Schwe- fel rückzugewinnen. Das Trockengranulat wird über den Abwurf 14 in einen entsprechenden Sam- melbehälter 15 abgeworfen. Das Förderband 7 kann aus engmaschigem Metallgewebe bestehen, sodass Wasser ungehindert abtropfen kann.
Wie aus der Darstellung nach Fig. 2 und 3 hervorgeht, kann nun der Fallschacht 3 entspre- chend ausgebildet werden, um dem Schlackenstrahl 4 den gewünschten Impuls und den ge- wünschten Drall zu verleihen. Die Brenner sind wiederum mit 5 bezeichnet, wobei die Achsen der Brenner mit 16 bezeichnet sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Achsen 16 der Brenner 5 abwärts gerichtet, sodass der Schlackenstrahl beschleunigt wird, wobei gleichzeitig im Raum 17 ein entsprechender Überdruck aufgebaut wird. Wenn der Fallschacht 3 unter den Flüssigkeitsspiegel 18 des Siedewasserbades 2 eintaucht, ist dieser Raum entsprechend abgeschlossen, wobei der im Raum 17 aufgebaute Überdruck ein Aufsteigen von Dampf in den Fallschacht 3 verhindert.
Zusätz- lich kann über Düsen 19 Heissluft in den Fallschacht 3 eingebracht werden, um die Ausbildung eines Unterdruckes oberhalb der Brennerebene der Brenner 5 zu verhindern. Wie aus der Darstel- lung nach Fig. 3 ersichtlich, sind die Achsen 16 der Brenner 5 nicht nur abwärts geneigt, sondern auch im wesentlichen tangential zur Hüllkurve des Schlackenstrahles 4 gerichtet Bevorzugt treffen die Achsen 16 hiebei auf einen gedachten Kreis mit 2/3 des Radius des Schlackenstrahles 4, um dem Schlackenstrahl 4 einen entsprechenden Drall zu versetzen, sodass der Schlackenstrahl
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bereits aufgefächert und vorzerkleinert auf das Siedewasserbad 2 auftrifft.
Durch den Impuls der mit einem Gasvordruck betriebenen Brenner erfolgt gleichzeitig eine Beschleunigung der aufgefä- cherten und zerkleinerten Teilchen, sodass ein entsprechendes tiefes Eintauchen in das Siedewas- serbad 2 gewährleistet ist. Die zerkleinerten Schlackenschaumpartikel, welche in Fig. 2 mit 20 bezeichnet sind, weisen eine geringe spezifische Dichte auf und steigen daher rasch in Richtung des Pfeiles 21 zur Oberfläche des Siedewasserbades 2 auf und können in der in Fig. 1 dargestell- ten Weise über den Überlauf 6 ausgetragen werden. Im Siedewasserbad 2 bildet sich dabei eine Strömung aus, welche dem Mammut-Pumpen-Effekt entspricht, sodass das Aufsteigen der Teilchen begünstigt wird.
Durch die Brenner wird der Schlackenstrahl 4 im Fallschacht 3 zentriert und stabilisiert geführt.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Granulieren von schmelzflüssigen Schlacken in einem Wasserbad, insbe- sondere Siedewasserbad, dadurch gekennzeichnet, dass die schmelzflüssige Schlacke mit
Brennern beaufschlagt wird und auf Temperaturen von 50 bis 350 C über Solidustempe- ratur erhitzt wird und mit dem durch die Brenner aufgebrachten Impuls in das Wasserbad, insbesondere Siedewasserbad, eingebracht wird.