Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines leichten Zuschlagstoffes für Beton oder dergleichen aus Kesselschlacke Es ist bekannt, die Schlacke von Schmelzkesseln in Kraftwerken durch Abschrecken in Wasser zu gra nulieren und dieses Granulat für die Herstellung von Schwerbeton zu benutzen.
Diese verhältnismässig sauren Schlacken mit Kieselsäuregehalten bis zu 60 % erstarren beim Granulieren in. Wasser in gla siger Beschaffenheit, während im Gegensatz hierzu die kalkreichen, basischen Hochofenscblacken beim Granulieren mit Wasser je nach ihrer Zusammenset zung in einem beschränkten Umfang auch Kristalle ergeben.
Bei der Herstellung von Hüttenbims erreicht man sogar durch die Verwendung von verhältnismässig wenig Wasser so geringe. Abkühlgeschwindigkeiten der geschäumten, basischen Hochofenschlacke, dass praktisch alles kristallisiert. Dieses Verfahren ist je doch nicht anwendbar, um die saure Kesselschlacke zu einem Hüttenbims-ähnlichen Produkt zu verarbei ten.
Ein wesentlicher Hinderungsgrund ist die ver- hältnismässig hohe Viskosität der sauren Schlacke bei ca. 1300-1400 , also der Temperatur, mit der man sie aus dem Schmelzkessel abführen kann. Ein Schäumen der sauren Kesselschlacke mit Wasser kann also nicht ohne weiteres, erfolgen.
Aus diesem Grunde ist auch ein bekanntes Ver fahren zur Herstellung poröser Schaumschlacke nicht anwendbar, bei dem die mit Wasserdampf schaumig gemachte Schmelze einer schnellen, durchgehenden Abkühlung bis zu einer Temperatur unterworfen wird, bei der die Blasen nicht mehr platzen, der Schaum aber noch elastisch bleibt, worauf die Masse in die gewünschte Form gebracht und bis zum Fest werden abgekühlt wird.
Hierbei wird der Schaum von etwa 1000 durch Hindurchführung zwischen wassergekühlten Metallwalzen auf etwa 8000 gekühlt und dann langsam weitergekühlt, um die Bildung von Spannungen im porösen Stoff zu vermeiden.
Nach einem anderen bekannten Verfahren wer den geschmolzene Hochofenschlacken, die Gase in übersättigter Lösung enthalten, umgerührt, um das Gas aus der Lösung frei zu machen. Bei diesem be kannten Verfahren ist vorgeschlagen, die Viskosität der Schlacke durch Kühlen und -Rühren derart zu regeln, dass die Schlacke nach dem Erstarren die ge wünschte Menge Gasblasen enthält, und somit die gewünschte Porosität aufweist. über die Durchfüh rung des. Abkühlvorganges sind jedoch keine näheren Angaben gemacht.
Beim Abfliessen aus dem Rühr werkbehälter soll die Schlacke genügend Bläschen enthalten, um zu einem Schaum zu erstarren.' Ein derartiges Rührverfahren ist jedoch auf saure Kessel- schlacke wegen deren hoher Viskosität nicht -anwend bar, und die Kesselschlacke enthält auch nicht irimmer genügend im Überschuss gelöste Gase, um sie durch Rühren genügend porös zu machen.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass beiden bekannten Verfahren die Schlacken unter Überdruck geschmol zen werden, während in den Kesseln ein Unterdrück herrscht.
Die Erfindung hat sich daher die besondere Auf-. gabe gestellt, aus saurer Kesselschlacke ein poröses, glasiges Granulat in einem Verfahren und einer Vor richtung zu gewinnen, die der besonderen-Natur-die- ser Schlacke angepasst sind. Dabei wurde von der Erkenntnis ausgegangen, dass eine derartige Schlacke bei hoher Temperatur zwar ebenfalls gelöste Gase.
enthält, die bei der schnellen Abschreckung, wie sie zur Zeit bei Schmelzkesseln üblich ist;. jedoch nicht in geeigneter Weise freigesetzt werden. Gemäss der Erfindung erfolgt deshalb die Her- stellung von poröser, als. Zusatz für Beton ge eigneter Schlacke aus saurer Kesselschlacke durch mehrstufig vorgenommene Abkühlung der flüssigen Schlacke, in der Weise,
dass die schmelzflüssige Schlacke zuerst bis auf eine Viskosität von 2X104 bis 10$ Poise abgekühlt und in diesem Bereich für 2-10 Minuten belassen wird, dass sodann durch wei teres Abkühlen mit beliebiger Geschwindigkeit die Viskosität auf 109 Poise angehoben wird,
dass hier auf die Abkühlung bis auf eine Viskosität von 1013 Poise mit einer Geschwindigkeit von nicht über 100 pro Minute erfolgt und dass schliesslich nach Unter schreitung der Transformationstemperatur mit belie biger Geschwindigkeit weiter abgekühlt wird.
Im Erweichungsintervall des Glases von etwa 560-490, in welchem die Zähigkeit den Wert von etwa 1013 cgs-Einheiten erreicht, muss mit Rücksicht auf die Vermeidung von Kühlspannungen, die die Festigkeit des Produktes stark herabsetzen, die Kühl- geschwindigkeit verhältnismässig gering sein, also vorzugsweise im Mittel nicht über 5-100 pro Minute betragen.
Die Kühlgeschwindigkeit bei Temperaturen unter 490o kann, ohne die Qualität des Endproduktes schädlich zu beeinflussen, dagegen wieder erheblich sein, z. B. ist ein Abschrecken in Wasser denkbar.
Das Verfahren soll so geleitet werden, dass im ersten Temperaturintervall die gelösten Gase sich in Form kleiner Bläschen von z. B. 1-2 mm Durchmes ser freisetzen. Hierdurch erhält man ein niedriges Litergewicht, während bei Entstehung grösserer Po ren die Strukturfestigkeit des Produktes zu gering wird und beim Brechen des Erzeugnisses zu Splitt das Litergewicht wieder ansteigt. Das Porenvolumen soll zweckmässig etwa 25 % sein, so dass das Liter gewicht von etwa 1,55/1,7 auf 1,3/1,1 und darunter herabgesetzt wird,
entsprechend einer Herabsetzung des spezifischen Gewichtes von 2,65 auf das schein bare spezifische Gewicht von etwa 2,0.
In wirtschaftlicher Hinsicht ist es von besonderer Bedeutung, dass der Temperaturbereich von der Grenztemperatur der Gasentbindung bis zum Erwei- chungsintervall des Glases schnell durchlaufen wird, was eine beträchtliche Einsparung an Behandlungs zeit und an Länge der Kühlanlage bedeutet.
Ebenso bedeutet die letzte schnelle Abkühlung nach Unter schreitung der Transformationstemperatur eine Zeit verkürzung und Vereinfachung der Anlage. Die Vis kosität ist hier bereits so hoch, dass keine Gasent bindung mehr stattfindet und deshalb auch eine Vo- lumenzunahme oder Verklemmung in dem Schacht, andererseits aber auch ein Verkleben der Bruch stücke ausgeschlossen. ist.
Durch das Verfahren nach der Erfindung werden auch die im bisherigen Betrieb von Schmelzkesseln als schädlich bemerkten Nach teile beseitigt, nämlich spontanes Zerbrechen des ab- geschreckten Glases oder Zerbrechen des Glases un ter kleiner Last infolge hoher Kühlspannung, Span nungskorrosion auf der Halde, nicht würfelige Form des durch Brechen des abgeschreckten Produktes ent- stehenden Zuschlagstoffes,
Verletzungen der mit der Verarbeitung eines nicht erfindungsgemässen Beton zuschlagstoffes beschäftigten Arbeitskräfte durch scharfkantige Glassplitter und Spiesse. Der Schmelz- kessel hat z. Z. in der Feuerung einen geringen Un terdruck, weshalb die Anlage luftdicht ist und der Auslasstutzen in Wasser eintaucht oder eine Klappen schleuse vorgesehen ist. Die gleiche Massnahme emp fiehlt sich, wenn der Kessel anstatt mit Unterdruck mit überdruck in der Feuerung gefahren wird.
Eine wesentliche Verbesserung des Verfahrens lässt sich gemäss der Erfindung zusätzlich erreichen, indem man dem schmelzflüssigen Schlackenstrahl vor der Abkühlung auf die für die Gasentbindung erfor derliche Temperatur einen Kerne für Gasblasen bil denden Stoff in geringer Menge zugibt.
Hierdurch wird einmal erreicht, dass die Gasentbindung erheb lich schneller eintritt als bisher und dadurch das zu behandelnde Gut die Temperaturstufe für die Gas entbindung schneller durchlaufen kann. Dies hat wie derum zur Folge, dass das gesamte Verfahren schnel ler vonstatten geht und ausserdem die für die Durch führung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung einfacher und kleiner ausgebildet sein kann als bis her.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Vorhandensein der Kerne für Gas blasen die Gasentbindung beim Erreichen der hier zu günstigen Temperatur zügig eintritt und dadurch kleine Gasblasen in grosser Anzahl entstehen, wie dies bei der Herstellung poröser Schlacke erwünscht ist.
Zugleich ist die Gefahr ausgeschlossen, dass eine Unterkühlung der Schlacke und demzufolge eine plötzliche Gasentbindung eintreten kann, die für die Regelung des Verfahrens und seine Betriebssicher heit nachteilig ist.
Als besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, dem Schlackenstrahl vor dem Abkühlen auf die Gas entbindungstemperatur einen brennbaren Stoff, vor zugsweise kohlepulver oder eine Mischung ölhal- tiger Stoffe mit Trägersubstanzen, z. B. Holzmehl oder Ziegelmehl, beizumischen; hierdurch wird ne ben dem Einbringen von Kernen für die Bildung von Gasblasen auch erreicht, dass die Schlacke etwas reduziert wird.
Das Kohlepulver oder dergleichen wird dabei dem Schlackenstrahl vorteilhaft in einer Menge von etwa 0,5 % (Gewicht) zugegeben. Dies kann am besten dadurch erfolgen, dass das Kohlepulver oder dergleichen auf den Schlackenstrahl aufgeblasen und bei einer Temperatur von etwa 1300 in diesen ein gerührt wird. Zwischen dem Einrühren des Kohle pulvers oder der Mischung ölhaltiger Stoffe mit Trä gersubstanzen, z.
B. Holzmehl oder Ziegelmehl, und der weiteren Behandlung des Schlackenstrahles wird dann vorteilhaft eine Reaktionszeit von etwa 10 bis 40 Sekunden abzuwarten sein.
Das im vorstehenden beschriebene Verfahren ist zwar in seiner Anwendung auf die Schmelzkessel- schlacke hier beschrieben worden, es ist aber ganz allgemein zur Lösung ähnlich gearteter Aufgaben ge eignet, z. B. zum Blähen der auf den Inseln Lipari und Sardinien abgebauten Obsidiane vulkanischer Herkunft, die in grosser Menge gelöste Gase enthal ten und praktisch bereits in grossem Umfang zur Her stellung von Leichtzuschlagstoffen für Beton und ähnliche Zwecke Verwendung finden.
In der Zeichnung ist eine Anlage zur Durchfüh rung des Verfahrens schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt eine Ausführungsform der Anlage.
Fig. 2 zeigt in gleichartiger Darstellung den ersten Teil einer modifizierten Anlage.
Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Einzelheit der Anlage nach Fig. 2.
Innerhalb eines Schachtes 1 von einem Durch messer von etwa 800 bis 1000 mm fliesst die saure Kesselschlacke aus dem nicht dargestellten Schmelz kessel in einem Strahl 2 auf das über die Rollen 3 und 4 umgelenkte endlose Plattengliederband 5, das in dem Kanal 6 luftdicht eingeschlossen ist.
Oberhalb dieses Förderbandes 5 sind etwa auf zwei Dritteln oder der Hälfte seiner Länge regelbare Wasserdüsen 7 und bzw. oder Luftdüsen 8 angeordnet, die an ein Wasser- und Luftzuführungssystem 9 bzw.
10 ange schlossen sind und durch Ventile geregelt werden können. Die Wandergeschwindigkeit des Bandes und die Einspritzung der Kühlmittel sind so aufeinander abgestellt, dass die auf dem Band 5 gelagerte Schlak- kenschicht sich innerhalb der angedeuteten Strecke während etwa 5 Minuten von 900 auf 7000 abkühlt: Am Ende dieser Strecke ist an den Kanal 6 der nach oben führende Rauchgasrücksaugeschacht 11 an gesetzt.
Hinter der Gasentbindungszone wird die vis kos gewordene Schlacke auf der Strecke bis zur Um lenkung des Bandes um die Rolle 4 mittels Wasser, Pressluft oder dergleichen von etwa 70011 auf etwa 560o abgekühlt. Dadurch ist die Schlacke glasartig geworden und springt von dem Plattenband selbst tätig ab oder wird durch den feststehenden Abstreifer 12 abgelöst.
Der Antrieb des Plattenbandes 5 erfolgt zweck mässig durch einen ausserhalb des Kanals 6 angeord neten Motor 13, der über die Welle 14 mittels eines Ritzels oder dergleichen die Rolle 4 treibt. Im Be reich der von dem Plattenband abspringenden Schlacke kann die Welle 14 in einem Schutzrohr 15 geführt sein.
Unterhalb des Abstreifers ist an dem Kanal 6 der Schacht 16 angeschlossen, der die Kühlzone darstellt und sich zweckmässig schwach kegelig nach unten erweitert. Unterhalb des Schachtes 16 befindet sich eine mit Wasser gefüllte Wanne 17, unter deren Spie gel der Schacht 16 mit seiner Unterkante eintaucht. Die völlig abgekühlte Schlacke wird am unteren Ende des Schachtes 16 in an sich bekannter Weise weggeführt, z. B. durch die Vorrichtung 18.
Im vorderen Teil ist ein weiterer Schacht 19 an den Kanal 6 angesetzt, der unter dem Wasserspiegel in eine Wanne 20 eintaucht, die ebenfalls mit einem Förderband 21 ausgerüstet ist.
Während des Betriebes ist der Schacht 16 ständig mit Schlacke gefüllt. Höhe und Durchmesser des Schachtes sowie die Förderleistung des Bandes 18 sind derart eingestellt, dass die 'vom Abstreifer mit etwa 5600 herabfallende Schlacke sich mit einer Ge schwindigkeit von 5-100 je Minute bis zur Errei chung des Wasserspiegels in dem Trog 17 auf etwa 490o abgekühlt hat.
Der Schacht 19 mit der Wanne 20 stellt ledig lich eine Sicherheitsvorrichtung dar, die insbesondere dann in Betrieb genommen werden kann, wenn durch eine Betriebsstörung das Plattenband 5 aus fällt. Die Schmelzschlacke gelaugt dann von dem Strahl 2 unmittelbar in die Wanne 20 und wird dann in der bisher üblichen Weise abgeschreckt, wobei natürlich auf die sämtlichen Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung verzichtet wird.
Soll dem schmelzflüssigen Schlackenstrahl ein Stoff zugesetzt werden, der in der Schlacke Kerne für die Bildung der Gasblasen bildet, so wird zweckmässig die aus Fig. 2 ersichtliche Ergänzung an der Anlage gemäss der Erfindung vorgenommen. In dem Schacht 1 ist pendelnd ein wassergekühlter Tiegel 26 aufgehängt, in welchem der Rührer 27 umläuft.
Dem Tiegel gegenüber liegt durch die Wand des Schachtes 1 geführt eine Düse 28 für die Zuführung eines pulverförmigen oder flüssigen brennbaren Stoffes, z. B. von Kohlepulver oder einer Mischung aus ölhaltigen Stoffen und Trägersubstan zen wie Holzmehl oder Ziegelmehl, die mittels Luft, Sauerstoff oder dergleichen durch die Düse 28 ge trieben werden.
Unter dieser Düse ist ein öl- oder Kohlenstaubbrenner 29 in der Wand des Schachtes 1 gelagert, dessen Flamme gegen den Tiegel 26.ge- richtet ist.
Der aus dem Schmelzkessel kommende Schlak- kenstrahl 25 fällt zunächst auf den pendelnd aufge hängten Tiegel 26 und wird durch den Rührer 27 aufgewirbelt und dispergiert. Gleichzeitig wird er mit dem aus der Düse 28 kommenden brennbaren Stoff vermischt und durch den Brenner 29 auf Schmelztemperatur gehalten. Aus dem Tiegel 26 geht die mit dem Kohlepulver oder einem sonstigen brennbaren Material bzw.
Gemisch versetzte Schlacke in Form des Schlackenstrahles 2 durch den Schacht 1 auf das endlose Plattengliederband 5, um auf diesem auf die günstigste Gasentbindungstempe- ratur abgekühlt zu werden. Um die Gasentbindung schneller und sicherer vonstatten gehen zu lassen, kann ausserdem das Plattengliederband 5 mit einer Vibrationsvorrichtung 30 verbunden sein.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, besteht der Rührer 27 zweckmässig aus einem mit Wasser durchflossenen umlaufenden Rührwerk, beispielsweise aus einer ge kröpften Hohlwelle.
Statt der Einführung von Kohlepulver oder einer Mischung aus ölhaltigen Stoffen und Trägersubstan zen, z. B. Holzmehl oder Ziegelmehl, durch die Düse 28 könnte auch ein anderer feinpulverisierter fester Stoff dem Schlackenstrahl 25 zugemischt werden, beispielsweise Zement, Flugasche oder Koksmehl. In diesen Fällen findet aber keine oder nur sehr ge ringe Reduzierung. der Schlacke statt.
Die Schlacke wird dadurch grobporiger als bei der Verwendung von Feinfettkohle. Es ist auch denkbar, dem Schlak- kenstrahl 25 aufgesprühtes Öl oder Staufferfett bei zumischen, jedoch muss in solchen Fällen mit einem schnellen Verbrennen dieser Bestandteile und des- halb ebenfalls mit grösseren Poren als bei Verwen dung von feinpulverisierter Fettkohle gerechnet wer den.
Die gemäss der Erfindung zu verarbeitende Schlacke hat beispielsweise etwa folgende Zusam mensetzung
EMI0004.0018
Si02 <SEP> ................ <SEP> 45-52 <SEP> %
<tb> A1203 <SEP> ................ <SEP> 28-35
<tb> Fe203 <SEP> <B>........... <SEP> -</B> <SEP> 8-14
<tb> Ca0 <SEP> ................ <SEP> 3- <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Mg0 <SEP> ................ <SEP> 1- <SEP> 3 <SEP> %
<tb> S <SEP> Spuren <SEP> ............
<SEP> ( <SEP> 1 <SEP> %
<tb> S03 <SEP> <B>....</B> <SEP> .<B>...........</B> <SEP> ( <SEP> 1 <SEP> % Die oben angegebenen Temperaturen für die ein zelnen Abschnitte des Behandlungsverfahrens ge- mäss der Erfindung beziehen sich insbesondere auf eine Schlacke dieser Zusammensetzung. Für die Re gelung der Gasentwicklung und Porenbildung im Granulat ist jedoch grundsätzlich die Viskosität als Richtlinie zu wählen, und nur im Hinblick darauf,
dass die Messung der Temperatur einfacher durch zuführen ist als ständige Viskositätsmessungen, kann es in der Praxis zweckmässig sein, anstelle oder ne ben der Viskosität die Temperatur zu messen und den Verfahrenslauf hiernach einzuregeln, nachdem man für die jeweils zu verarbeitende Schlacke die den Viskositäten des Verfahrens nach der Erfindung entsprechenden Temperaturwerte bestimmt hat.
So entspricht für die Schlacke des obigen Beispiels eine Temperatur von 9000 einem Wert von 2 - 104 bis 8. 104 Poise, eine Temperatur von 7001) einem Wert von etwa 2 -<B>107</B> -10s Poise, eine Temperatur von 560o einem Wert von etwa 2 - 109-8 - 109 Poise und eine Temperatur von 4900 einem Wert von etwa 1013.