AT504073B1 - Verfahren zum aufarbeiten von metallurgischen stäuben oder schleifstäuben sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Description

2 AT 504 073 B1

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufarbeiten von metallurgischen Stäuben oder Schleifstäuben, insbesondere Konverter- und Lichtbogenofenstäuben aus der Stahl- oder Edelstahlerzeugung, bei welchem die Stäube in einem Schmelzbrenner mit Sauerstoff unter oxidierenden Bedingungen verbrannt und verschlackt werden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus der AT 411363 B ist eine Einrichtung zum Schmelzen von Stäuben bekannt geworden, bei welcher Stäube axial und Trägergas tangential in eine Misch- und Dosiereinrichtung eingebracht werden, wobei die Misch- und Dosiereinrichtung über eine im wesentlichen axial gerichtete Austragsöffnung mit einer Brennkammer verbunden ist. Eine derartige Ausbildung eines Schmelzbrenners eignet sich in besonders guter Weise zur Aufarbeitung von Feststoffpartikeln und insbesondere von Stäuben wie beispielsweise Stahlwerks stäuben, bei welchen unter oxidierenden Bedingungen in der Folge Schmelzen gebildet werden. Beim Betrieb derartiger Schmelzbrenner konnte gezeigt werden, dass beim Einsatz von Stahlwerksstäuben und insbesondere Elektroofenstäuben mit hohem Zinkanteil Zinkoxid in der beim Verbrennen gebildeten Schlacke verbleibt. Die Staubbrenner eignen sich dabei auch für den Einsatz von abrasivem Rohmaterial, wobei in der Folge durch Ausbildung eines entsprechenden Dralls in der Brennkammer die Ablagerung aggressiver Schmelzen an den Kammerwänden verhindert werden kann und insgesamt ein wesentlich geringerer Verbrauch an feuerfestem Material auftritt, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Neben Stahlwerkstäuben, welche einen problematischen Reststoff in der Stahlindustrie darstellen, ist auch eine Reihe anderer staubförmiger Reststoffe, wie beispielsweise Stäube aus der Nichteisenmetallurgie, Müllverbrennungsstäube oder Schleifstäube nicht ohne weiteres deponiefähig oder enthält eine hohe Menge an Wertstoffen, deren Rückgewinnung wirtschaftlich sinnvoll erscheint.

Die AT 503 092 A1 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufarbeiten von metallurgischen Stäuben oder Schleifstäuben, bei welchem die Stäube in einem Schmelzbrenner mit Sauerstoff unter oxidischen Bedingungen verbrannt und verschlackt werden, wobei die gebildete Schlacke in einen Reduktionsofen mit einer Kohle- und Koksschüttung eingebracht wird. Weiters wird dabei das bei der Reduktion der Schlacke gebildete Kohlenmonoxid am Kopf des Reduktionsofens abgezogen und Zn gemeinsam mit dem Metallbad und der Schlacke abgestochen und rückgewonnen. Für die Rückgewinnung insbesondere von Zink wurde in der EP 1591546 A1 bereits vorgeschlagen, die Stäube mit Trägergas in einer Brennkammer unter oxidierenden Bedingungen einzuschmelzen, wobei aus der Brennkammer flüchtige Halogenide abgezogen wurden um in der Folge die von Halogeniden weitestgehend freie oxidische Schmelze über einem Eisenbadreaktor mit einem entsprechenden Kohlenstoffgehalt zu reduzieren. Eine derartige Reduktion über einem Eisenbad führt naturgemäß zur Umsetzung des Badkohlenstoffes mit dem Sauerstoff der reduzierbaren Oxide, wobei Kohlenmonoxid gebildet wird. Bei entsprechend flüchtigen Metallen wie z.B. Zink gelangt naturgemäß auch Zink in die Dampfphase, sodass eine Dampfphase enthaltend elementares Zink und Kohlenmonoxid gebildet wird. Beim Kondensieren einer derartigen Dampfphase zum Zwecke der Rückgewinnung von Zink entstehen aber je nach Gleichgewichtsbedingungen auch mehr oder minder große Anteile von Kohlendioxid aus der Reaktion von Kohlenmonoxid und Kohlenstoff und es kann daher insgesamt bereits in dieser Phase zu einer teilweisen Oxidation unter Ausbildung von elementarem Zink und Zinkoxid kommen. Weiters ergibt sich aufgrund von Gleichgewichtsverschiebungen zwischen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid auch ein mehr oder minder großer Anteil von Russ, welcher das erhaltene Kondensat bzw. Sublimat verunreinigt. Schließlich muss bei entsprechend hoher Menge an Kohlenmonoxiden auch diese Gasmenge entsprechend gekühlt werden, um die Abtrennung von Zink bzw. Zinkoxid zu ermöglichen. Eine Nachverbrennung von Kohlenmonoxid in Anwesenheit der Zinkphase scheidet nicht zuletzt deshalb aus, weil eine derartige Nachverbrennung über dem Eisenbad zu einer neuerlichen Rückverschlackung des Zinkoxids führen würde, 3 AT 504 073 B1 sodass weder die fühlbare Wärme noch die chemische Reaktionswärme des Kohlenmonoxids ausreichend sinnvoll genutzt werden kann.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Energiebilanz verbessert wird und unmittelbar hochreines Zinkoxid abgetrennt werden kann und gleichzeitig bei der Reaktion mit Kohlenstoff gebildetes Kohlenmonoxid gesondert verwertet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen darin, dass die gebildete Schlacke in einen Reduktionsofen mit einer Kohleoder Koksschüttung eingebracht wird und dass bei der Reduktion der Schlacke gebildetes Kohlenmonoxid gemeinsam mit Zn-Dampf am Kopf des Reduktionsofens als Gas abgezogen wird, worauf das Gas mit Wasser oder Wasserdampf unter Bildung von ZnO und Wasserstoff reformiert wird und nach Abscheiden des ZnO dem Schmelzbrenner rückgeführt wird. Dadurch, dass die gebildete Schlacke bzw. Zwischenschlacke in einen Reduktionsofen mit einer Kohleoder Koksschüttung eingebracht wird, erfolgt unmittelbar bei der Aufgabe der Schmelze auf die Koksschicht eine entsprechende Umsetzung, bei welcher Kohlenmonoxid gebildet wird. Der beim Schmelzen gebildete und gasförmig ausgetragene Zinkdampf kann nun gemeinsam mit dem Kohlenmonoxid unmittelbar an der Stelle, bei welcher eine explosionsartige Umsetzung der Oxide mit der glühenden Kohle erfolgt, abgezogen werden, wobei dieser am Kopf des Reduktionsofens abgezogene Zinkdampf sowie das gebildete Kohlenmonoxid entsprechend abgekühlt werden müssen. Eine besonders effiziente Abkühlung bei gleichzeitiger chemischer Umsetzung wird nun erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass dieses Gas reformiert wird, wobei durch Eindüsen von Wasser oder Wasserdampf eine überaus rasche Abkühlung zu feinkristallinem Zinkoxid vorgenommen wird. Die Reaktion verläuft endotherm und es erfolgt eine Abkühlung auf ca. 600 °C. Bedingt durch diese überaus rasche Abkühlung mit Wasser oder Wasserdampf werden auch störende Russeinschlüsse (C + H20 = CO + H2) mit Sicherheit vermieden und es wird hochreines, überaus feinkörniges Zinkoxid gebildet, welches nach entsprechender weiterer Abkühlung in einfacher Weise aus dem Gas abgetrennt werden kann. Das verbleibende, von Zinkoxid gereinigte Kohlenmonoxid kann neuerlich als Brennstoff eingesetzt werden und rückgeführt werden. Bei der Umsetzung von Zink und Kohlenmonoxid mit Wasser bzw. Wasserdampf wird nun gleichzeitig Wasserstoff gebildet, wodurch ein Gas mit besonders hohem Heizwert gebildet wird, welches die Energiebilanz des Verfahrens wesentlich verbessert. Insgesamt wird somit neben hochreinem Zinkoxid gleichzeitig ein Brenngas bereitgestellt, welches sich durch einen hohen Heizwert auszeichnet.

Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass an der Aufgabestelle der Charge in den Schmelzbrenner Gase zur Ausbildung einer turbulenten Wirbelschicht eingestoßen werden, aus welcher turbulenten Wirbelschicht die Charge über einen eine Brennerlanze umgebende Ringspalt in die Brennkammer eingetragen wird. An dieser Aufgabestelle bzw. Übergabestelle, bei welcher die Charge in die Brennkammer verbracht wird, wird auf diese Weise die Möglichkeit geschaffen, eine homogene Verwirbelung auszubilden, sodass die Charge in der Folge auch homogen in der Brennkammer verbrannt werden kann. Die Homogenisierung der Charge kann in einem Dosierkonus erfolgen, wobei bei entsprechend radialem Ein-stoss von Sekundärsauerstoff bzw. Inertgasen eine entsprechend stabile turbulente Wirbelschicht im Aufgabekonus gewährleistet werden kann.

Der Reduktionsofen muss aufgrund der chemischen Umsetzung von Kohle bzw. Koks mit den schmelzflüssigen Oxiden nachchargiert werden und es muss jeweils Koks neuerlich aufgegeben werden. Eine besonders effiziente Vorwärmung dieses aufzugebenden Kokses kann dadurch erzielt werden, dass das am Kopf des Reduktionsofens abgezogene Gas im Gegenstrom zu dem dem Reduktionsofen zuzuführenden Koks geführt wird.

In besonders einfacher Weise kann die Kohle- bzw. Koksschüttung des Reduktionsofens induktiv beheizt werden. 4 AT 504 073 B1

Neben der explosionsartigen Umsetzung der Metalloxide beim Auftreffen auf die glühende Kohle, bei welcher auch Zinkdämpfe mit dem gebildeten Kohlenmonoxid ausgetragen werden, wird auch an nachfolgenden Stellen des Kohle- oder Koksbetts der Schüttung eine weitere reduktive Umsetzung vorgenommen, welche zur Ausbildung von Kohlenmonoxid führt. Dieses weitere Kohlenmonoxid ist aber bereits weitestgehend frei von Zinkdämpfen, und es wird mit Vorteil das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass weiteres im Reduktionsofen gebildetes Gas an einer vom Kopf des Reduktionsofens verschiedenen nachfolgenden Stelle abgezogen wird.

Durch die induktive Beheizung der Kohle- bzw. Koksschüttung des Reduktionsofens wird im übrigen auch die Möglichkeit geschaffen, durch Zufuhr geeigneter Sauerstoffhaltiger Gase zu einem derartigen Reduktionsofen das Reduktionspotential in unterschiedlichen Ebenen gesondert einzustellen und zu regeln, sodass optimale Bedingungen für die jeweilige Reduktion sichergestellt werden.

Im Falle des Einsatzes von pyrophoren Stäuben, wie sie beispielsweise im Fall von LD-Konverterstäuben, direkt reduziertem Eisenstaub, Feinerzen oder kohlenstoffhältigen Gichtgasstäuben aus dem Hochofen anzutreffen sind, kann in der Sekundärgasebene im Aufgabebereich mit Vorteil mit Inertgasen gearbeitet werden, da hier eine Sauerstoffeindüsung zur Erzielung der turbulenten Wirbelschicht die Gefahr mit sich bringt, dass die Flamme in den Aufgabekonus rückschlägt. Es kann somit das an nachfolgenden Stellen abgezogene Gas, welches ja im wesentlichen aus Kohlenmonoxid besteht, bei Einsatz von pyrophoren Chargen in der Aufgabestelle der Stäube in den Schmelzbrenner über radiale Düsen zugeführt werden. An dieser Stelle können auch Kohlendioxid, überhitzter Wasserdampf oder Edelgase als Inertgas eingespeist werden. Das Eindüsen von Stickstoff bzw. stickstoffhältigen Gasen ist aber wegen der möglichen Bildung von Stickoxiden nicht vorteilhaft. Die über die radialen Düsen zugeführten Gase dienen der Fluidisierung und Vergleichmäßigung der Eduktstäube, welche in der Folge in den Brenner gelangen.

Um ein wirtschaftliches Temperaturniveau bei gleichzeitig hinreichend niederer Schlackenviskosität zu gewährleisten wird mit Vorteil so vorgegangen, dass die Schlacke durch Additive auf eine Schlackenbasizität CaO/Si02 von 0,6 bis 1,6 eingestellt wird. Eine derartige Schlacke ist bei Temperaturen zwischen 1480 °C und 1700 °C je nach Zusammensetzung entsprechend dünnflüssig, sodass sie sicher durch die Schüttung des Koksbettes abfließen kann. Zur Einstellung einer derartigen Schlackenbasizität kann eine Reihe von anderen Problemstoffen entsorgt werden, welche in der Folge im Reduktionsreaktor zu einem Metallregulus reduziert werden können. Mit Vorteil wird hierbei so vorgegangen, dass als Additive Stahlwerksschlacke, Walzwerkszunder, Elektroschlackenumschmelzverfahrensschlacken -(ESU-Schlacken), Hochofenschlacken, Pfannenschlacken, Altglas, Feuerfestausbruch, Kraftwerksflugasche, Müllverbrennungsstaub, Gießereialtsand, getrocknete Hüttenschlämme und/oder Mergelstaub eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosierkonus mit einer Brennerlanze und einer Aufgabeeinrichtung für die Charge vorgesehen ist, welcher über einen Aufgabebereich mit verringertem Querschnitt über einen die Brennerlanze umgebenden Ringschlitz in einen Diffusor übergeht, dass die Brennkammer an den Diffusor anschließt und dass an eine bodenseitige Austragsöffnung der Brennkammer eine induktiv beheizte Kohle- oder Kokssäule als Reduktionsofen angeschlossen ist, dessen kopfseitiges Ende wenigstens einen Anschluss für die Aufgabe von Kohle oder Koks und den Abzug von Kohlenmonoxid und Zn-Dampf aufweist. Dadurch, dass ein Dosierkonus vorgesehen ist, wird die Möglichkeit geschaffen, rund um die zentrale Brennerlanze und vor dem eigentlichen Aufgabebereich in den Brenner eine entsprechend fluidisierte Zone auszubilden und eine turbulente Wirbelschicht bzw. ein turbulentes Wirbelbett aufrecht zu erhalten. Der Aufgabebereich weist hierbei einen verringerten Querschnitt auf und bildet gemeinsam mit der Brennerlanze einen Ringschlitz aus, welcher in den Diffusor übergeht, wobei 5 AT 504 073 B1 die Brennkammer unmittelbar an den Diffusor angeschlossen sein kann und selbst als Diffusor ausgebildet sein kann. Die Ausbildung ist hierbei mit Vorteil so getroffen, dass die Brennkammer mit sich konisch erweiternden Wänden ausgebildet ist, welche über einen Ringschlitz mit Austragsöffnungen für Verbrennungsgase in Verbindung stehen. Der unmittelbar anschließende Reduktionsofen erlaubt es, die Vorrichtung kompakt auszuführen, wobei ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet wird. Das in der ersten Stufe, nämlich der Brennkammer, oxidierend geschmolzene Material kann kontinuierlich in den induktiv beheizten Reduktionsofen eingebracht werden, wobei aufgrund der hohen Temperaturen Zinkdampf und Kohlenmonoxid am kopfseitigen Ende des Reduktionsofens abgezogen werden können. Eisenoxid sowie Nickel, Chrom und Vanadium werden entweder zu den Metallen reduziert oder als Karbide in den Regulus ausgetragen, welcher am Unterende des Reduktionsofens abgezogen werden kann.

Der Aufgabebereich mit verringertem Querschnitt kann hierbei als rohrförmige Mischkammer ausgebildet sein, wobei an dieser Stelle mit Vorteil die entsprechenden Sekundärdüsen in Form einer Ringdüse mit radialen Mündungen angeordnet sein können, um eine stabile Ausbildung einer turbulenten Wirbelschicht bzw. eines Fließbettes zu gewährleisten. Die Ausbildung kann hierbei mit Vorteil so getroffen sein, dass der Aufgabebereich zwischen Dosierkonus und Brennkammer in einem ersten Teilbereich als Konfusor, in welchem die Brennerlanze unter Ausbildung eines Ringspalts mündet, in einem zweiten Teilbereich als rohrförmige Mischkammer und in einem anschließenden Teilbereich als Diffusor ausgebildet ist, wobei in diesem Bereich bevorzugt Sekundärdüsen für Verbrennungssauerstoff, Inertgase und/oder Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid in radialer Richtung in den Aufgabebereich münden. Über die primäre Brennstofflanze des Brenners wird somit in erster Linie Brennstoff und im Fall des reformierten Gases Kohlenmonoxid und Wasserstoff eingestoßen, wohingegen über die Sekundärdüsen Verbrennungssauerstoff in radialer Richtung eingeblasen wird. Bei Verwendung von pyrophoren Chargen müssen die über die Sekundärdüsen zur Ausbildung der turbulenten Wirbelschicht eingedüsten Gase nicht nur radial eingestoßen werden, sondern auch weitestgehend inert sein, um ein Rückschlägen in den Dosierkonus zu verhindern. Um einen homogenen Eintrag in den Schmelzbrenner sicherzustellen, ist die Ausbildung mit einem Konfusor, einem anschließenden Mischkammerbereich und einem Diffusor besonders vorteilhaft, um eine vollständige und rasche Schmelze zu erzielen.

In besonders vorteilhafter Weise ist der Reduktionsofen zweistufig ausgebildet, wobei er einen ersten induktiv beheizbaren rohrförmigen Abschnitt mit geringerem Querschnitt aufweist, an welchen am Kopf eine Gasleitung angeschlossen ist und einen zweiten induktiv beheizbaren Abschnitt mit größerem Querschnitt aufweist, an welchen eine weitere Abgasleitung oberhalb der Schütthöhe der Koksfüllung anschließt.

Ein besonders gleichmäßiger Eintrag der Charge in den Dosierkonus lässt sich dadurch verwirklichen, dass die Aufgabeeinrichtung als Feststoffeintrag mit einer Förderschnecke und einem die Förderschnecke umgebenden Rohr mit über die Achse des Rohres verteilten Durchbrechungen ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneten Vorrichtung näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Dosierkonus mit angeschlossener Brennkammer und Fig. 3 eine spezielle Ausbildung eines nachgeschalteten Reduktionsofens schematisch im Schnitt.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Brennkammer bezeichnet, deren Wände 2 sich nach Art eines Diffusors konisch erweitern. Der Brennkammer 1 vorgeschaltet ist ein Dosierkonus 3, in welchem eine höhenverstellbare Lanze 4 in Richtung des Doppelpfeils 5 verschieblich geführt ist. Über die Lanze 4 werden Brennstoff und Verbrennungssauerstoff in die Brennkammer eingestoßen, über die Leitung 6 wird die Charge aufgegeben. Mit 7 ist ein Ringkanal für das Aufbringen von Se- 6 AT 504 073 B1 kundärsauerstoff angedeutet, wobei an diesen Ringkanal radiale Düsen anschließen, welche im Inneren des Dosierkonus 3 eine turbulente Wirbelschicht bzw. ein turbulentes Fließbett aufrechterhalten.

Die Verbrennungsabgase der Brennkammer 1 werden über die Leitung 8 abgezogen und über einen Kühler 9 geführt. Der Kühler 9 kann als rekuperativer Wärmetauscher ausgebildet sein. Über eine Leitung 10 gelangt das Gas anschließend zu einem Staubzyklon 11, aus welchem über eine Zellradschleuse 12 Refraktärstaub ausgetragen werden kann. Dieser Staub kann Substanzen wie vornehmlich Natrium, Wolfram, Molybdän, Chloride, Fluoride und Oxide enthalten.

Das den Staubzyklon 11 verlassende Gas gelangt in der Folge in einen Filter 13, in welchem Bleistaub, Chloride und Fluoride über eine Zellradschleuse 14 ausgetragen werden können. Das gereinigte Gas wird über ein Gebläse 15 abgezogen.

Die in der Brennkammer 1 gebildete Schmelze 16 wird einem Reduktionsofen 17 zugeführt, in welchem sich eine Koksschicht 18 befindet. Die Koksschicht 18 wird induktiv beheizt, wobei die Induktionsspule mit 19 bezeichnet sind. Das beim Auftreffen auf den glühenden Koks des Reduktionsreaktors bzw. Reduktionsofens 17 gebildete Kohlenmonoxid wird über eine Leitung 20 im Gegenstrom zu dem dem Ofen wieder zuzuführenden Koks geführt. Der Koks aus dem Bunker 21 wird nach Verlassen der Schleuse 22 in dem Gegenstromwärmetäuscher 23 vorgewärmt und gelangt auf diese Weise in den Reduktionsofen 17.

Am Unterende des Reduktionsofens 17 werden der Metallregulus 24 und die ausreduzierte Schlacke abgezogen.

Das das Kopfende des Reduktionsofens 17 verlassende heiße zinkhaltige Gas enthält neben Kohlenmonoxid in erster Linie Zinkdampf und wird bei Temperaturen von ungefähr 1000 °C abgezogen. Es gelangt zunächst in einen Heißstaubfänger 25, aus welchem über die Zellradschleuse 26 Kokspartikel ausgetragen werden können. Im Anschluss gelangt das heiße Gas über die Leitung 27 in einen Reformer 28, in welchem Wasser bzw. Wasserdampf über eine Leitung 29 eingedüst wird. Im Reformer wird nach der nachfolgenden Gleichung Zn + CO + H20 = ZnO + CO + H2 feinster Zinkoxidstaub gebildet und eine rasche Abkühlung vorgenommen. Die zinkoxidstaubhältige Gasströmung verlässt den Reformer 28 bei Temperaturen von etwa 600 - 800 °C und gelangt in einen nachgeschalteten Kühler 30, in welchem beispielsweise auch Dampf erzeugt werden kann. Nach einer Abkühlung auf etwa 80 - 300 °C gelangt das Gas über die Leitung 31 und einen Filter 32 über die Leitung 33 und ein Gebläse 34 zurück zur Brennerlanze 4. Dieses Gas enthält nach dem Abscheiden des Zinkoxidstaubs über die Zellradschleuse 35 nunmehr CO und H2 und stellt ein hochwertiges Brenngas dar.

Bei der Darstellung nach Fig. 2 sind die Brennkammer 1 und der Dosierkonus (3) vergrößert dargestellt. In den Dosierkonus 3 mündet eine Förderschnecke 36, welche im Inneren des Dosierkonus 3 von einem Siebrohr umgeben ist, um auf diese Weise einen gleichmäßigen Eintrag der Charge in den Dosierkonus zu ermöglichen. Die Lanze 4 weist einen zentralen Kanal für Brenngas, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, auf, wobei Verbrennungssauerstoff über den Mantel 37 der Lanze 4 zugeführt wird. Sekundärsauerstoff wird wiederum über den Ringkanal 7 und radiale Düsen 38 eingetragen, um im Inneren des Dosierkonus 3 eine entsprechend stabile turbulente Wirbelschicht aufrecht zu erhalten. Im Falle von pyrophoren Chargen wird in den Ringkanal 7 nicht Sauerstoff sondern Inertgas, und insbesondere CO oder C02 eingebracht, um ein Rückschlägen der Flamme in den Dosierkonus 3 zu verhindern.

Die Brennkammer 1 selbst ist wiederum mit sich nach Art eines Diffusors konisch erweiternden Wänden ausgebildet, wobei das Material aus dem Dosierkonus 3 über einen ersten Teilbereich 39, welcher als Konfusor ausgebildet ist, und einem im wesentlichen zylindrischen Teilbereich 40, welcher eine Mischkammer darstellt, mit der Flamme in die Brennkammer 1 ausgestoßen 7 AT 504 073 B1 wird. Das Material gelangt hierbei über den Ringschlitz 41 aus dem Dosierkonus in die Brennkammer.

Am Unterende der Brennkammer enden die Brennkammerwände 2 in einem Abstand von den Wänden 53 der Brennkammer. Die Schmelze 16 wird wiederum in der in Fig. 1 angedeuteten Weise ausgetragen, wobei die Verbrennungsabgase hier in Richtung der Pfeile 42 zu einer Absaugöffnung 43 gelangen, über welche sie ausgetragen und in die in Fig. 1 mit 8 angedeutete Leitung eingespeist werden können. Die sich konische erweiternden Wände 2 bilden unmittelbar im Anschluss an die Mischkammer 40 einen mit 44 schematisch angedeuteten Diffusor aus, in welchen sich bedingt durch die hohe Viskosität der Brennergase eine Kolbenströmung ausbildet. Im Bereich der radialen Drosselstelle, über welche das Gas die Brennkammer 1 verlässt, kann gleichzeitig auch ein Tröpfchen Rückfluss aus dem den eigentlichen Brenner umgebenden Ringkanalunterofen stattfinden.

Bei der Darstellung nach Fig. 3 ist nun ein zweistufiger Reduktionsofen ersichtlich. Der Reduktionsofen ist wiederum mit 17 bezeichnet und weist zwei Teilbereiche auf. Der erste Teilbereich 45 weist einen gegenüber dem zweiten Teilbereich 46 geringeren Durchmesser auf, wobei die elektrischen Leiterspulen mit 47 und 48 bezeichnet sind. Im Bereich des kleineren Durchmessers kann mit höherer Frequenz angekoppelt werden und hier beispielsweise im Frequenzbereich zwischen 30 und 50 kHz gearbeitet werden, wohingegen im unteren Teilbereich des Reduktionsofens mit vergrößertem Durchmesser die Frequenz geringer gewählt werden kann und beispielsweise mit 0,1 - 30 kHz eingestellt sein kann. Mit 49 ist die Koksschüttung bezeichnet, und es sind hier an die beiden Teilbereiche gesonderte Abgasanschlüsse 50 und 51 ersichtlich. Im kopfseitigen Abgasanschluss 50 herrscht die vergleichsweise höchste Temperatur, wobei hier bei Temperaturen von etwa 1700 °C Kohlenmonoxid gemeinsam mit Zinkdampf abgezogen wird und in der in Fig. 1 schematisch erläuterten Weise weiterbehandelt wird.

Das schmelzflüssige und weiter reduzierte Material sinkt über die glühende Kokssäule ab und kann über den Abstich 52 ausgetragen werden. Auch in diesem unteren Teilbereich erfolgt noch eine entsprechende Reduktion und damit eine Umsetzung von schmelzflüssigen Metalloxiden mit glühendem Koks, sodass über die Leitung 51 weitestgehend reines Kohlenmonoxid bei Temperaturen zwischen 1400 und 1600 °C abgezogen werden kann. Im zweiten Teilbereich erfolgt gegenüber dem ersten Teilbereich des Reduktionsofens eine wesentlich langsamere Reduktion, wobei hier Eisenoxide, Chromoxide, Vandiumoxide, u.dgl. reduziert bzw. zu Karbiden umgesetzt werden. Die explosionsartig rasche Reduktion bei der Aufgabe auf den entsprechend mechanisch höher belastbaren oberen Teilbereich 45 des Reduktionsofens führt zum raschen Austrag von dampfförmigem Zink und Kohlenmonoxid, wobei an dieser Stelle auch Heißkoks chargiert werden kann. Über die gesonderten Abgasanschlüsse 50 bzw. 51 kann jeweils im Gegenstrom Koks chargiert werden.

In Abwandlung der Ausbildung nach Fig. 3 kann der Abstich höher angeordnet werden, sodass sich am Fuß des Reduktionsofens ein Sumpf ausbildet. Die im Sumpf anfallende metallische Schmelze kann wiederum induktiv beheizt werden, wobei hier wesentlich geringere Frequenzen von unter 1 kHz eine entsprechende Ankoppelung sicherstellen (100 bis 600 kHz). Im Sumpf kann weitere metallurgische Arbeit geleistet werden, wobei entsprechend hohe Abstichtemperaturen gewählt werden können.

Bei entsprechend längerer Ausbildung des ersten rohrförmigen Teilbereichs 45 kann dieser in die Koksschüttung 49 eintauchen und der dem zweiten Teilbereich 46 zugeführte Koks kann in dem den ersten Teilbereich 45 konzentrisch umgebenden Teil der Koksschichtung durch die heißen Reaktionsgase vorgewärmt werden.

Claims (15)

1. 8 AT 504 073 B1 Patentansprüche: 1. Verfahren zum Aufarbeiten von metallurgischen Stäuben oder Schleifstäuben, insbesondere Konverter- und Lichtbogenofenstäuben aus der Stahl- oder Edelstahlerzeugung, bei welchem die Stäube in einem Schmelzbrenner mit Sauerstoff unter oxidierenden Bedingungen verbrannt und verschlackt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gebildete Schlacke in einen Reduktionsofen mit einer Kohle- oder Koksschüttung eingebracht wird und dass bei der Reduktion der Schlacke gebildetes Kohlenmonoxid gemeinsam mit Zn-Dampf am Kopf des Reduktionsofens (17) als Gas abgezogen wird, worauf das Gas mit Wasser oder Wasserdampf unter Bildung von ZnO und Wasserstoff reformiert wird und nach Abscheiden des ZnO dem Schmelzbrenner rückgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aufgabestelle der Charge in den Schmelzbrenner Gase zur Ausbildung einer turbulenten Wirbelschicht eingestoßen werden, aus welcher turbulenten Wirbelschicht die Charge über einen eine Brennerlanze (4) umgebende Ringspalt in die Brennkammer (1) eingetragen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das am Kopf des Reduktionsofens (17) abgezogene Gas im Gegenstrom zu dem dem Reduktionsofen (17) zuzuführenden Koks geführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle- bzw. Koksschüttung des Reduktionsofens (17) induktiv beheizt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass weiteres im Reduktionsofen (17) gebildetes Gas an einer vom Kopf des Reduktionsofens (17) verschiedenen nachfolgenden Stelle abgezogen wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das an einer nachfolgenden Stelle abgezogene Gas bei Einsatz von pyrophoren Chargen der Aufgabestelle der Stäube in den Schmelzbrenner über radiale Düsen zugeführt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacke durch Additive auf eine Schlackenbasizität CaO/Si02 von 0,6 bis 1,6 eingestellt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Additive Stahlwerksschlacke, Walzwerkszunder, Elektroschlackenumschmelzverfahrensschlacken, Hochofenschlacken, Pfannenschlacken, Altglas, Feuerfestausbruch, Kraftwerksflugasche, Gießereialtsand, Müllverbrennungsstäube, getrocknete Hüttenschlämme, kommunale Trockenklärschlämme und/oder Mergelstaub eingesetzt werden.
9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosierkonus (3) mit einer Brennerlanze (4) und einer Aufgabeeinrichtung für die Charge vorgesehen ist, welcher über einen Aufgabebereich (40) mit verringertem Querschnitt über einen die Brennerlanze (4) umgebenden Ringschlitz (41) in einen Diffusor übergeht, dass die Brennkammer (1) an den Diffusor anschließt und dass an eine bodenseitige Austragsöffnung der Brennkammer (1) eine induktiv beheizte Kohleoder Kokssäule (18, 49) als Reduktionsofen (17) angeschlossen ist, dessen kopfseitiges Ende wenigstens einen Anschluss für die Aufgabe von Kohle oder Koks und den Abzug von Kohlenmonoxid und Zn-Dampf aufweist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (40) mit verringertem Querschnitt als rohrförmige Mischkammer ausgebildet ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (1) 9 AT 504 073 B1 mit sich konisch erweiternden Wänden (2) ausgebildet ist, welche über einen Ringschlitz mit Austragsöffnungen (43) für Verbrennungsgase in Verbindung stehen.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsofen (17) zweistufig ausgebildet ist und einen ersten induktiv beheizbaren rohrförmigen Abschnitt (45) mit geringerem Querschnitt aufweist, an welchen am Kopf eine Gasleitung (50) angeschlossen ist und einen zweiten induktiv beheizbaren Abschnitt (46) mit größerem Querschnitt aufweist, an welchen eine weitere Abgasleitung (51) oberhalb der Schütthöhe der Koksfüllung anschließt.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgabeeinrichtung als Feststoffeintrag mit einer Förderschnecke (36) und einem die Förderschnecke (36) umgebenden Rohr mit über die Achse des Rohres verteilten Durchbrechungen ausgebildet ist.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufgabebereich zwischen Dosierkonus (3) und Brennkammer (1) in einem ersten Teilbereich (39) als Konfusor, in welchem die Brennerlanze (4) unter Ausbildung eines Ringspalts mündet, in einem zweiten Teilbereich (40) als rohrförmige Mischkammer und in einem anschließenden Teilbereich als Diffusor ausgebildet ist.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Sekundärdüsen (38) für Verbrennungssauerstoff, Inertgase und/oder Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid in radialer Richtung im Aufgabebereich (39) münden. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen