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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Granulieren, Zerstäuben und Zerkleinern von flüssigen Schmelzen, insbesondere oxidischen Schlacken, bei welcher die flüssige Schmelze mit heissen Treibgasen aus einem Tundish in eine Kühlkammer ausgestossen wird.
Zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken wurde bereits vorgeschlagen, diese mit Dampf oder Treibgas in Granulierräume auszustossen, wobei in der Folge eine weitere Zer- kleinerung auch in Strahlmühlen unter Verwendung von Treibgasstrahl vorgeschlagen wurde
Ausgehend von Schlackentemperaturen zwischen 1400 und 1600 C besteht bei der Verwendung üblicher Treibgase aufgrund der relativ hohen Temperaturdifferenz zwischen dem Treibgasstrahl und der flussigen Schlacke die Gefahr der Ausbildung mehr oder minder grosser Agglomerate sowie weiters die Gefahr einer Fadenbildung, welche in der Folge den Zerkleinerungsaufwand erhöht und die Abkühlgeschwindigkeit empfindlich verringert. Die bekannten Vorschläge haben daher in erster Linie darauf abgezielt, die Abkühlung der flüssigen Schlacken möglichst rasch durchzuführen.
Gemäss einem weiteren Vorschlag wurde die flüssige Schlacke mit Verbrennungs- abgasen in einen Granulierraum ausgestossen, um die Gefahr eines Verlegens der Schlackenaus- tnttsoffnung aus einem Schlackentundish durch erstarrende Schlacke zu reduzieren. Bei einer derartigen Vorgangsweise gelangen die in den Granulierraum eingestossenen Schlackenpartikel mit wesentlich höherer Temperatur in eine nachgeschaltete Kühlzone, wobei die höheren Temperatu- ren 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 wird.
Die feine Dispersion von Schlackentröpfchen führt zur Aus- bildung von kleinsten Tröpfchen mit relativ hoher spezifischer Oberfläche, sodass die Abkühlung in relativ kurzbauenden Kühlkammern erfolgen kann. Bei einer derartigen Einrichtung, bei welcher Verbrennungsabgase als Treibgase zum Einsatz gelangen, wurde in der Folge in der Kühlkammer Dampf und/oder Druckwasser gegen den Schlackenstrahl gerichtet, um die entsprechend rasche Abkühlung zu erzielen
In Tests wurde gefunden, dass sich bei geringeren Temperaturen wie beispielsweise Tempera- turen zwischen 600 und 1350 C der erzielbare maximale Schlackenteilchendurchmesser exponen- tiell verändert, und es werden insbesondere bei Temperaturen des Treibgasstrahles von etwa 600 C maximale Teilchendurchmesser von 110,
gegenüber den bei etwa 1350 C im Treibgas- strom erzielbaren maximal 15 Teilchendurchmesser beobachtet. Bei noch tieferen Temperaturen des Treibdampfes bzw. Treibgasstromes tritt in der Regel eine Fadenbildung ein, wobei eine derar- tige Fadenbildung auch beabsichtigt sein kann, wenn beispielsweise Schlackenwolle, Glasfasern oder Isolierwolle hergestellt werden soll
Bei Versuchen, Heissdampf und heisse Verbrennungsabgase gemeinsam über eine Düse aus- zustossen, hat sich gezeigt, dass insbesondere die gewählten Parameter für Druck und Temperatur auf Grund des Verbrennungsgas-Dampfgemisches nur in bestimmten Grenzen wählbar sind.
Die Regelbarkeit zur Erzielung der jeweils optimalen Bedingungen bleibt bei derartigen Ausbildungen beschränkt, und wenn Dampf mit entsprechend höherem Druck ausgestossen werden soll, gelingt dies mit konventionellen Brennkammern, in welche Dampf eingestossen wird, nur in unzureichen- dem Masse.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher die jeweils für die Erzielung bestimmter Partikelgrossen erforderlichen Parameter für Druck und Temperatur des Treibdampfes unabhangig von der Verbrennungstemperatur und dem mit einer Brennkammer wirtschaftlich erzielbaren Druck gewählt werden können und wobei gleichzeitig sichergestellt wird, dass im Bereich des Einströmens der Schlacke eine Unterkühlung und damit ein Zufrieren des Schlackenauslaufes mit Sicherheit verhindert wird. Gleichzeitig zielt die Erfindung darauf ab, eine definierte Strömung der erstarrenden Teilchen zu gewährleisten, um unmittelbar anschliessend an den Schlackenauslass des Tundishes die Möglichkeit zu schaffen, eine intensive Zerkleinerung der Teilchen durch Kollision der Teilchen miteinander zu erzielen.
Zur Losung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemasse Einrichtung im wesentlichen darin, dass eine Brennkammer vorgesehen ist, deren Abgasleitung mit einem Ringraum einer in die Schmelze eintauchenden Lanze verbunden ist und dass die Lanze konzentrisch zum Ringraum eine Treibdampfleitung ent- hält, welche über eine Duse in der Achse des Schmelzeauslaufes mündet und von den heissen Verbrennungsgasen umspult ist.
Dadurch, dass die Verbrennungsabgase der Brennkammer in einen Ringraum um eine Lanze münden, mit welcher gesondert von den Verbrennungsabgasen
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Treibdampf eingespeist werden kann, lassen sich die jeweils gewünschten Parameter für den Druck und die Temperatur der Verbrennungsabgase und des Dampfes gesondert voneinander wählen, wobei durch das Ummanteln der Dampflanze mit den Verbrennungsabgasen gleichzeitig ein hinreichend hohes Temperaturniveau vorgegeben werden kann, mit welchem ein Zufrieren des Tundishauslaufes mit Sicherheit vermieden werden kann und die für eine hohe Zerkleinerung der Partikel beim Zerstauben erforderlichen hohen Temperaturen sichergestellt werden können.
Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung dieser Einrichtung ist die Ausbildung so getroffen, dass der Kühlraum einen die Strömung reflektierenden Boden zur Ausbildung einer Gegenstrom- Mahlkammer aufweist und dass die Austragsleitung für die zerkleinerten und erstarrten Partikel im mittleren Bereich der axialen Länge der Kühlkammer angeschlossen ist. Dadurch, dass der Kühl- raum als Gegenstrom-Mahlkammer ausgebildet ist und einen reflektierenden Boden aufweist, gelingt es, im Kühlraum unterhalb des Bereiches, in welchem die Partikel bereits erstarrt sind, eine Art Mahlfliessbett aufrechtzuerhalten, bei welchem die mit den Treibgasen eingestossenen Teilchen mit den vom Boden reflektierten Teilchen kollidieren und auf diese Weise eine effiziente Partikel- nachzerkleinerung durch Kollision gewährleistet ist.
Das in der Kühlkammer ausgebildete Wirbel- Fliessbett erlaubt somit eine wirksame Nachzerkleinerung der bereits erstarrten Partikel, sodass mit besonderns kleinbauenden Einrichtungen bei gleichzeitiger Optimierung von Temperatur und benötigter Treibdampfmenge ein Maximum an Zerkleinerungsleistung erzielt werden kann.
Mit Vorteil ist die erfindungsgemässe Ausbildung hierbei so getroffen, dass die Düse der Treib- dampfleitung als Laval-Düse ausgebildet ist, wodurch im Anschluss an den Tundishauslauf und im Beschleunigungsbereich Überschallgeschwindigkeiten erzielt werden können, wobei gleichzeitig eine laminare Strömung erzielt werden kann Eine derartige laminare Überschallströmung mit einem Dampfkern und einem Heissgasmantel bietet optimale Voraussetzungen für die gewünschte Reflexion der Teilchen am Boden der Kühlkammer und damit für die Ausbildung der Wirbelschicht für die gewünschte Nachzerkleinerung.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann hierbei beispiels- weise mit einer Brennkammer betrieben werden, bei welcher Brennstoff mit Heisswind von einer Temperatur von etwa 600 bis 1200 C weitestgehend drucklos oder mit einem Überdruck von bis zu 4 bar verbrannt wird, wobei der Treibdampf gesondert, beispielsweise im Drucknieveau zwischen 2 und 11bar bei Temperaturen von 120 bis 400 C, eingespeist werden kann
Um die Unterkante der Brennkammer und die Treibdampflanze vor übermässiger Temperatur- beanspruchung zu schützen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass die Lanze von einer axial verschiebbaren, als Wehrrohr ausgebildeten thermisch isolierenden Hulse umgeben ist.
Ein derartiges thermisch isolierendes Wehrrohr kann durch axiale Verstellung des Tundishes und/oder des Wehrrohres einen bestimmten Austrittsquerschnitt für die flüssige Schmelze definieren, sodass auch der Schlackenzufluss, welcher als Mantel den Strom aus Verbrennungsabgasen und Treib- dampf umgibt, entsprechend in seiner Wandstärke reguliert werden kann.
Um eine besonders intensive Nachzerkleinerung in der Wirbelschicht zu gewährleisten, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass die Austragsleitung für die erstarrten Partikel in einer axialen Hohe vom Boden angeordnet ist, welche 1/3 bis 1/2 des axialen Abstandes vom Boden zur Dampfdüse entspricht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die reflektierten Teilchen intensiv mit den mit den Treibgasen ausgestossenen Teilchen kollidieren bevor sie beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Sichters ausgetragen werden. Mit Vorteil ist die Ausbildung hierbei so getroffen, dass die Austragsleitung als Ringleitung ausgebildet ist und über eine Mehrzahl von radialen Durchbrechungen mit der Kühlkammer verbunden ist.
Um den erforderlichen Treibdampf entsprechend vorzuwärmen und gleichzeitig die Kühlleis- tung zu verbessern, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass der Mantel der Kühlkammer als Verdampfer doppelwandig ausgebildet ist und über eine Leitung mit der Dampfzuleitung verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in einer Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 eine Brennkammer bezeichnet, welche über eine Leitung 2 mit Brennstoff versorgt wird. Der Brennkammer wird über eine Leitung 3 Heisswind mit einer Tempe- ratur zwischen 600 und 1200 C zugeführt, wobei die sich ausbildende Flamme schematisch mit 4 angedeutet ist. Die Verbrennungsabgase gelangen mit einem Druck von beispielsweise 0 bis 4 bar über dem Atmospharendruck über einen Ringkanal 5 in den Auslaufbereich 6 eines Tundishes 7, in
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welchem eine flüssige Schmelze 8 vorliegt. Der untere Bereich dieser Brennkammer und des Ringkanales 5 wird von einer axial verschieblichen Hülse 9 aus verschleissfestem Material, bei- spielsweise Siliziumkarbid, umgeben, mit welcher auch der freie Austrittsquerschnitt der flüssigen Schmelze 8 in die Austrittsöffnung 6 entsprechend eingestellt werden kann.
Innerhalb des Ringkanales 5 und konzentrisch zu diesem Ringkanal ist eine Treibdampflanze 10 angeordnet, welcher über einen Anschluss 11Treibdampf mit einem Druck von beispielsweise 2 bis 11 bar bei Temperaturen von 120 bis 400 C zugeführt wird. Die Lanze ist thermisch ausgebil- det, damit keine übermässige Treibdampf-Überhitzung stattfinden kann. Die Treibdampflanze 10 weist an ihrem unteren Ende im Bereich des Schlackenauslaufes 6 eine Laval-Düse 12 auf, mit welcher eine laminare Überschallströmung erzwungen werden kann, wobei die Strömung im Kern eine Dampfströmung, in einem ersten Mantel eine Gasstromung mit heissen Verbrennungsabgasen und im Aussenmantel die Schlacke enthält.
Unmittelbar anschliessend an den Ausstoss wird eine gewisse Fadenbildung beobachtet, welche in der Folge auf Grund der hohen Beschleunigung zur Ausbildung von Tröpfchen führt, bei welcher die Fäden durch die Beschleunigung zerrissen wer- den. Unmittelbar anschliessend folgt in der Strömung ein Verfestigungsbereich, m welchem unter gleichzeitiger Kühlung eine Verglasung der Teilchen eintritt. Die Schlacke selbst kann gewünsch- tenfalls als überhitzte Schlacke eingesetzt werden, um die gewünschte Viskosität für eine beson- ders intensive Zerkleinerung bereits in diesem Bereich zu gewährleisten. Die herabsinkenden Teilchen kollidieren mit dem Boden 13 des Kühlraumes 14 und werden, vom Boden reflektiert, in eine Wirbelschicht 15 zurückgeworfen, in welcher sie mit herabsinkenden Teilchen kollidieren und eine intensive weitere Zerkleinerung erfolgt.
Aus diesem Bereich der Wirbelschicht 15 erfolgt der Abtransport der Teilchen über radiale Durchbrechungen 16 und eine Ringleitung 17, wobei auf Grund der nachfolgenden Kondensation des Dampfes unter entsprechender Volumsverringerung hier ein Absaugen unter Unterdruck möglich ist Die radialen Durchbrechungen 16 wirken somit als Saugdüsen. Schliesslich ist der Mantel der Kuhlkammer doppelwandig ausgebildet, wobei in den Ringraum 18 über eine Leitung 19 Speisewasser zugeführt werden kann und dieses Speisewasser gegebenenfalls verdampft werden kann, um über die Leitung 20 dem Anschluss 11der Dampflanze 10 zur Verfügung gestellt zu werden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Einrichtung zum Granulieren, Zerstäuben und Zerkleinern von flüssigen Schmelzen, ins- besondere oxidischen Schlacken, bei welcher die flüssige Schmelze mit heissen Treib- gasen aus einem Tundish in eine Kühlkammer ausgestossen wird, dadurch gekennzeich- net, dass eine Brennkammer vorgesehen ist, deren Abgasleitung mit einem Ringraum einer in die Schmelze eintauchenden Lanze verbunden ist, dass die Lanze konzentrisch zum
Ringraum eine Treibdampfleitung enthält, welche über eine Düse in der Achse des
Schmelzeauslaufes mündet und von den heissen Verbrennungsgasen umspült ist.