CZ9902306A3

CZ9902306A3 - Způsob granulace a rozmělnění roztaveného materiálu a zařízení k jeho provádění

Info

Publication number: CZ9902306A3
Application number: CZ19992306A
Authority: CZ
Inventors: Alfred Edlinger
Original assignee: Holderbank Financ Glarus
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2001-06-13
Also published as: EP0963447A1; US6082640A; HUP0000688A2; CA2276083A1; AU730428B2; ZA989596B; WO1999022031A1; AT405511B; SK77399A3; ATA182697A; AU9615098A

Abstract

Způsob granulace a rozmělnění roztaveného materiálu, kdy se roztavená struska podrobuje nástřiku tlakovou vodou a dále se odvádí společně s alespoň částí vytvořené páry se provádí v k tomu určeném zařízení tak, že proud (7) roztavené strusky se vede ve volně tekoucím proudu do granulaění komory, přičemž na proud roztavené strusky se přivádí tlaková voda přes trysky (8), načež se ztuhlá a granulovaná struska vede společně a alespoň s částí vytvořené páry přes pneumatické vedení (10) a rozdělovač (13) a za rozdělovačem se rozdělené proudy v přívodních ramenech (14, 15) převádějí přes kónicky se zužující trysky (17), a to pod menším tlakem než byl v granulaění komoře, do mlecího prostoru, ze kterého se rozemletý a ztuhlý materiál odvádí k dalšímu zpracování.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu granulace a rozmělnění roztaveného materiálu a zařízení k jeho provádění, kdy je na roztavená struska podrobena nástřiku tlakovou vodou a je odváděna společně s alespoň částí vytvořené páry. Zároveň se vynález týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Metalurgické strusky o vhodném chemickém složení se často granulují, to znamená že jsou v toku taveniny šokově ochlazeny vodou s cílem zabránit krystalizaci v důsledku rychlého ztuhnutí a místo toho získat amorfní granule se sklovitou strukturou. Tento granulát je cennou surovinou k výrobě hydraulických pojiv. Výroba těchto pojiv vyžaduje jako další krok vysušení a jemné mletí granulátu a to znamená nasazení dalších procesů náročných na spotřebu energie.

V patentovém spise AT-PS 400 140 byl popsán způsob granulování a rozmělňování roztavených materiálů a drti, stejně jako zařízení k provádění tohoto postupu, u kterého se tavenina přivede pod tlakem do směsné komory a do této směsné komory se tryskami přivádí směs tlaková voda-pára či voda-pára.

V důsledku rychlé reakce se vytvoří tlak, který zapříčiní rychlý výnos pevných částic přes difuzor. Kinetická energie rychle vypuzovaných částic se u tohoto zařízení využívá k dalšímu rozmělnění částic, přičemž výstupní proud z difuzoru může být veden na nárazovou desku či proti proudu z jiného difuzoru. V porovnání s konvenční granulací vysokopecní strusky ve formě taveniny pomocí vody dovoluje tento způsob lepší termodynamické a technické využití tepla ze struskové taveniny.

Při ochlazení ve vodě může být zniklé nízkostupňové teplo využíváno jen nedostatečně. Analogické závěry platí o známém způsobu ochlazování ocelářských strusek ve formě taveniny pomocí odběru tepla sáláním či konvekcí. Přivedení tlakové vody do roztavené strusky při současném využití tímto způsobem vzniklé kinetické energie k rozmělnění materiálu přineslo podstatné zlepšení,.

Cílem vynálezu je představit takový způsob výše uvedeného typu, který dále vylepší využití tepla z roztavené strusky při jejím rozmělňování resp. zlepší práci na povrchu taveniny a umožní snížení potřebné energie a současně vytvoří možnost potlačit únik H₂S.

• ·

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry způsob granulace a rozmělnění roztaveného materiálu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že roztavená struska je vedena ve volně tekoucím proudu do granulační komory, přičemž na proud roztavené strusky se přivede tlaková voda, načež je ztuhlá a granulovaná struska vedena společně s alespoň částí vytvořené páry přes pneumatické vedení a rozdělovač a po rozdělovači jsou rozdělené proudy přiváděny přes konicky se zužující trysky, a to pod menším tlakem než byl v granulační komoře, do mlecího prostoru a z něj je rozemletý a ztuhlý materiál odebírán. Tím, že se na proud taveniny nechá působit tlaková voda se získá předpoklad, že vzniklý sirovodík bude uzavřen v pod tlakem se zpevňující strusce, takže lze pozorovat jen zbytkové množství H2S v koncentrovaném proudu páry a zároveň se dosáhne intenzivního a rychlého zchlazení, přičemž bezprostředně na tento proces navazuje vedení s rozdělením pro přívod k dalšímu rozmělnění např. ve fluidním mlýně. Proto je u způsobu podle vynálezu zařazen rozdělovač pro rozdělení proudu před vstupem do mlýna. Tyto rozdělené proudy jsou ve dvou přívodech vedeny ke konicky se zužujícím tryskám bezprostředně do rozmělňovacího prostoru, kde dochází za fluidních podmínek k dalšímu rozmělňování. Může být použít konvenční mlýn s fluidním ložem a protiběžnými proudy, přičemž se urychlí kondenzace po opuštění rozmělňovacího prostoru, dojde k rychlému poklesu tlaku, kdy se dosáhne téměř podtlak, takže mletí probíhá při mechanickém zrychlení a využití kondenzační entalpie.

Ve výhodném provedení granulace se provádí v tlakově pevně uzavíratelné nádobě, čímž lze ještě zvýšit efekt uzavření H₂S ve sklovitě tuhnoucí strusce.

V dalším výhodném provedení je tekutá struska přivedena do výkyvné pánve s nebo bez dnového šoupátka umístěné v tlakově pevně uzavíratelné nádobě, přičemž proud roztavené strusky se vytvoří výkyvem pánve nebo otevřením dnového šoupátka. Tlakově pevně uzavíratelné nádoba zde nabízí podstatný předpoklad k účinnému potlačení H₂S, přičemž výklopná pánev představuje jednoduché řešení pro vznik proudu taveniny, proti kterému je potom pouštěna tlaková voda k rychlému dosažení amorfního produktu, který ztuhne ve skelnaté t.zn. metastabilní fázi.

Je velmi výhodné, když je část vytvořené páry přiváděna přes příčné parní trysky do mlecího prostoru. Když totiž kapacita trysek do mlecího prostoru nestačí

• · · · ·· · φ·· • φ φ φ φ φ φφφ • · potřebě přívodu granulované strusky do rozmělňovacího prostoru lze přebytečnou páru využít energeticky pro rozmělňovací proces.

Ve výhodném provedení tlak v tlakově pevně uzavíratelné nádobě je 2 až 15 barů. Za těchto podmínek se vhodně omezí únik H₂S. Způsob lze provádět s relativně malými nároky na množství vody, takže vzniká přehřátá pára. Vysoké teplo od strusky slouží k přehřátí intermediárně vytvořené nasycené páry, čímž nedochází ke vzniku tekuté vodní fáze. Přídavek vody lze omezit na 0,8 t vody na tunu strusky, přičemž vzniknou tlaky od 10 barů při teplotách 450 °C a specifickém množství páry 900 Nm³/t strusky.

V jiném výhodném provedení je společně s drtí z mlecího prostoru odebraná pára po oddělení drti a kondenzované vodní páry vedena zpět do tlakově pevně uzavíratelné nádoby jako tlaková voda. Tak zůstává zbytkový H₂S stále v uzavřeném oběhu. Aby se zbytečný H₂O oddělil z oběhu, tak se z procesu odebíraná pára společně s plyny vede s použitím Clausova způsobu k oxidaci síry , kde je H₂S transformován pomocí kyslíku na H₂O a síru.

V jiném výhodném provedení je rychlost proudu materiálu opouštějícího tlakově pevně uzavíratelnou nádobu přes rozdělovač zvolena na hodnotu 10 až 30 m/s. Stanovit správně tuto hodnotu je důležité proto, aby tlakovou vodou ošetřené částečky proudu strusky mohly být bezprostředně odvedeny do mlýna. Při uvedené teplotě se omezí otěr vedení a zároveň dochází ke zkompaktnění fluidizovaného proudu částeček.

Ve výhodném provedení rychlost proudu materiálu vystupujícího z trysky v mlecím prostoru je zvolena na hodnotu 150 až 500 m/s. Při těchto hodnotách lze dosáhnout zvláště vysokého mlecího efektu. Tento lze zvýšit ještě když je tlak v mlecím prostoru hned za ústími trysek zvolen na hodnotu pod 1 bar, zyláště 0,3 až 0,5 barů. Hodnoty pod 1 bar lze dosáhnout jednoduše, zvláště tehdy, když se zajistí ochlazení v důsledku rychlé kondenzace páry mimo mlecí prostor a tím i rychlý pokles tlaku při současném uvolnění konverzní entalpie páry do kondenzované vody.

V dalším výhodném provedení se může rychlost proudu granulátu a hustota proudu granulátu v přívodních ramenech následujících za rozdělovačem a ústících do trysek vzájemně lišit nejvíce o 8% s výhodou 5%. Při těchto hodnotách lze zajistit efektivní rozmělňování. Na rozdělovač může navazovat několik ramen, které m vedou k různým tryskám přičemž opotřebení těchto trysek se dá omezit tak, že se • · • · · · · · · · · · · · • · · · · · · ····

A ······ ··· · ·«· ··« “ ··«··« « « ··· ·· ·· ·· ·· ·· vyrobí z keramiky a zvláště z karbidu křemíku a i vnitřky se mohou ještě dodatečně potáhnout vrstvou další keramiky.

Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že granulovací komora pro roztavenou strusku je spojena s rozdělovačem přes zakřivené vedení ve tvaru písmene S, přičemž rozdělovač je proveden jako rozdělovači klínové zúžení, jehož plochy jsou zrcadlově symetrické k ose zakřivení vedení. Takto zakřivené vedení způsobuje v oblastech změny směru proudu částeček zkompaktnění fluidizovaného materiálu, přičemž vhodně zvolená rychlost posuvu vyloučí spékání. Větší počet takových zakřivení vede k ke vzniku kompaktního homogenního proudu materiálu, který se pak dá jednoduše dělit do různých ramen. Proto na rozdělovač navazují alespoň dvě přívodná ramena o v zásadě stejném průřezu, vedoucí k tryskám v mlecím prostoru.

Ve výhodném provedení jsou povrchové přímky trysek orientovány do společného středu.

V jiném výhodném provedení jsou do mlecího prostoru zaústěny příčné parní trysky, které jsou propojeny potrubím s tlakově pevně uzavíratelnou nádobou. Tak je část páry vedena přímo do rozmělňovacího prostoru.

U jiného výhodného provedení je úhel kuželovitosti trysek zvolen v rozmezí 5° až 30°. Tato hodnota je důležitá k dosažení vysokého mlecího efektu a dále k zaručení rozumné trvanlivosti trysek.

Proudy k tryskám lze ještě rozdělovat bez větších konstrukčních nároků, takže ve výhodném provedení přívodná ramena navazují na zakřivený záhyb, který je napojen na vedení od tlakově pevně uzavíratelné nádoby. Poměrně malý úhel a z toho vyplývající větší délka trysek zajistí požadované zrychlení proudu materiálu před výstupem.

Na rozdíl od provozu v běžných protiproudových fluidních mlýnech se dá u tohoto způsobu vlivem nasazení páry jako hnacího média dosáhnout vyšších výstupních rychlostí a tím i většího mlecího efektu. K tomu lze do rozmělňovacího prostoru přivést ještě dodatečně páru přes příčné parní trysky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů, na kterých obr1. představuje schematický nákres celého zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, obr.2 znázorňuje zvětšený pohled do rozmělňovacího prostoru vytvořeného jako uzavřená •» ·· • · · · • · · · • · · ··

9 9

99

9 9

999 9 99

9

99 nádoba, obr.3 představuje jiné provedení tohoto prostoru a obr.4 znázorňuje zvětšený pohled na trysku k přívodu tlakové vody v řezu.

Příklad provedení vynálezu

Na obr.1 je vidět, že zařízení sestává z tlakově těsně uzavíratelné nádoby 1, ve které je uspořádána taveninová pánev 2 výklopná kolem osy 3 ve směru oboustranné šipky 4. Po zavedení roztavené strusky 5 do pánve 2 může být nádoba 1 tlakově pevně uzavřena poklopem 6, přičemž po vyklopení pánve 2 kolem osy 3 se vytvoří proud taveniny 7. Rozbíjení strusky probíhá tak, že se na tento proud taveniny 7 přivádí tlaková voda přes kruhový přívodní kanál 9 a do kruhu uspořádané trysky

8. Obrázek je schematický, přičemž trysky mohou být uspořádány kolem proudu taveniny 7 radiálně v kruhu. Rovněž však mohou být tyto trysky uspořádány axiálně nebo mohou být vzhledem k proudu taveniny 7 uspořádány šikmo, přičemž tvary trysek mohou být konvenční.

Po nástřiku proudu taveniny 7 tlakovou vodou přes trysky 8 proběhne rychlé ztuhnutí, přičemž k docílení dostatečného rozdrobení na průměr < 0,6 mm musí být tlak vody zvolen s výhodou v rozpětí 40 až 60 barů.. Tímto způsobem lze rozmělnit strusku na částečky o průměru až 300 pm. Fluidizovaný proud potom opouští tlakově pevně uzavřenou nádobu 1 vedením 10 ve tvaru písmene S, přičemž v oblasti záhybů 11 a 12, které mohou být v různých směrech dochází ke zkompaktňování proudu. Tím, že se zde rychlost proudu taveniny 7 zpomalí na přibližně 15 m/s se zajistí jeho homogenita mez mechanického zatěžování stěn vedení 10. Proud částiček se mezitím dostane až k rozdělovači 13, kde se granulát rozdělí a je veden ve dvou přívodních ramenech 14,15 do uzavřeného mlýna 16 sfluidními proudy.

Proudy částiček z přívodních ramen 14,15 vystupují z konicky ukončených trysek 17, které jsou uspořádány proti sobě a vzájemný proudový náraz zabezpečí požadovaný rozmělňovací efekt a intenzivní rozptylování. Do fluidního mlýna 16, provedeného jako v zásadě uzavřeného, může být ještě přiváděna voda, jak je naznačeno šipkou 18, přičemž se ale nesmí jít pod rosný bod, aby se mimo prostor » mlýna dosáhlo rychlejší kondenzace a rychlého poklesu tlaku při dalším využití kinetické energie a rychlém využití konverzní entalpie páry. Rozmělněná drť se odvádí prosévacím kolem 19. Spolu spárou se dostane drť přes potrubí 20 k odlučovači 21, z kterého může být odváděna pomocí skluzu či s výhodou listového kola 22 a odvodného potrubí 23. Pára průběžně zkondenzuje, přičemž vytvořená

φ · φ · φ φ φ « φφφ φφφ φ φ • Φ φφ φφ voda se vede zpět přes čerpadlo 24 do přívodního potrubí 9. Z plynového prostoru kondenzátoru 25 se mohou odvádět odpadní plyny, které ještě mohou obsahovat H₂S. Tyto plyny jsou vedeny přes vedení 26 do Clausova přístroje 27, kde je H₂S transformován pomocí kyslíku na H₂O a síru. Dále může být provedeno obvyklé čištění odpadních plynů.

Do fluidního mlýna 16 mohou být dále přidávány jiné materiály určené k rozmělnění, jako např. slínky.Musí se ovšem brát ohled na to, jaký je tam tlak. Přidávání se děje přes přívodní násadu 28 před kterým je pouze skluz nebo jak je v tomto provedení, lopatkové dávkovači kolo 29. S ohledem na podtlak ve fluidním mlýnu 16 lze využít i nasávacího efektu.

Na obr.2 je vidět uspořádání trysek 17 konicky provedených k dosažení požadovaného tvaru vystupujícího proudu drti. Přívodní větve 14,15 končí uvnitř fluidního mlýna 16 v rozmělňovacím prostoru, přičemž střed tohoto prostoru je označen pozicí 30. Do tohoto středu 30 jsou orientovány povrchové přímky 31 trysek 17, přičemž konicita trysek 17 je zvolena tak, aby byl úhel a byl mezi 5° až 10°.

V oblasti trysek 17 dojde tedy ke zrychlení na rychlosti nejméně 150 až 300 m/s.

V důsledku kondenzace je snížen tlak a tak se při rozmělňování uplatní vysokou měrou kinetická energie. Odvod jemné drti probíhá přes prosévací kolo 19 do odvodní duté hřídele 32.

Obměnou je několika málo parametrů lze takto u zařízení podle vynálezu realizovat až 600 kg vodní páry/tunu strusky, teploty od 450 °C a tlaky páry asi 10 baru, přičemž tento tlak může ve mlýně klesnout až k 0,3 baru v důsledku kondenzace páry.

Zvolený tvar trysek umožní urychlit proud páry a částeček strusky, přičemž je nutná alespoň malá konicita aby se zajistilo, že rozdíly v rychlosti mezi částicemi strusky a rychlosti proudu páry zůstanou malé. Zrychlení by se v první řadě mělo týkat částeček strusky nejenom proudu páry, což se zajistí tím, že se zvolí úhel a pouze tak malý, jak je uvedeno výše. Zlepšení odolnosti proti otěru přinese vhodná ochranná vrstva na tryskách např. karbidem křemíku.

U předpokládané diference entalpie ΔΗ = 800 kJ/kg páry se dá dosáhnout jemnosti drti až 6500 jednotek Blaina (cm²/g). Jemnost drti se dá pomocí dalších opatření ještě zvýšit, což je dokumentováno na obr.3. U tohoto provedení se mlýn 16 opatří dodatečně příčnými parními tryskami 33, přes které je do prostoru mlýna vnášena dodatečná pára. Kromě toho je u jedné ze základních trysek 17 ♦ *♦ ·· ·· ♦ · ♦· ·· · * ·«·· · · · · • · · · · · · · · · · • · · e · · ··· · ··· ··<

• · · · · 9 · fl ··· ·< ·· ·· ·· ·· schematicky naznačeno zaústění 34 přívodu pro dodatečnou látku, přes kterou je možno vnášet do trysky ještě další páru a/nebo dodatečnou látku. Zaústění 34 je umístěno symetricky, aby se získalo maximum kinetické energie v bodě mletí.

Na obr. 4 je schematicky znázorněno těleso 37 trysek pro vysokotlakou vodu, z kterých se nanáší voda na volně padající proud taveniny 7. Těleso trysek má kruhový přívodní kanál 9 pro přívod tlakové vody. Součástí tělesa je také drážka 35 přes kterou proudí voda na proud taveniny 7, čímž se zajistí rychlé ztuhnutí taveniny, která získá sklovitou strukturu. Granulační komora se potom uspořádá v bezprostřední blízkosti náběhu vody a je geometricky omezena stěnou 36 tělesa 37 trysek.

Granulát vystupuje ve směru šipky 38 jako proud mikrogranulátu s průměrným průměrem mezi 300 pm a 0,5 mm. Kuželovitý úhel trysek a' by měl být maximálně 90°, aby se dosáhlo požadovaného tlakového účinku na tuhnoucí částice, čímž se zlepší uzavření H₂S. V tělese 37 trysek může být nad sebou uspořádáno několik soustav trysek, čímž se dá dosáhnout jemnějšího granulátu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob granulace a rozmělnění roztaveného materiálu, kdy je roztavená struska podrobena nástřiku tlakovou vodou a dále jé odváděna společně s alespoň částí vytvořené páry, vyznačující se tím, že roztavená struska je vedena ve volně tekoucím proudu do granulační komory, přičemž na proud roztavené strusky se přivede tlaková voda, načež je ztuhlá a granulovaná struska vedena společně s alespoň částí vytvořené páry přes pneumatické vedení a rozdělovač a po rozdělovači jsou rozdělené proudy přiváděny přes konicky se zužující trysky, a to pod menším tlakem než byl v granulační komoře, do mlecího prostoru a z něj je rozemletý a ztuhlý materiál odebírán.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že granulace se provádí v tlakově pevně uzavíratelné nádobě.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že tekutá struska je přivedena do výkyvné pánve s nebo bez dnového šoupátka umístěné v tlakově pevně uzavíratelné nádobě, přičemž proud roztavené strusky se vytvoří výkyvem pánve nebo otevřením dnového šoupátka.
4. Způsob podle nároku 1,2 nebo 3, vyznačující se tím, že tlak v tlakově pevně uzavíratelné nádobě je 2 až 15 barů.
5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že společně s drtí z mlecího prostoru odebraná pára je po oddělení drti a kondenzované vodní páry vedena zpět do tlakově pevně uzavíratelné nádoby jako tlaková voda.
6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že rychlost proudu materiálu opouštějícího tlakově pevně uzavíratelnou nádobu přes rozdělovač je zvolena na hodnotu 10 až 30 m/s.
7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že rychlost proudu materiálu vystupujícího z trysky v mlecím prostoru je zvolena na hodnotu 150 až 500 m/s.
8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že tlak v mlecím prostoru hned za ústími trysek je zvolen na hodnotu pod 1 bar, zvláště 0,3 až 0,5 barů.
9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že rychlost proudu granulátu a hustota proudu granulátu v přívodních ramenech následujících za rozdělovačem a ústících do trysek se může vzájemně lišit nejvíce o 8% s výhodou 5%.
10. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že část vytvořené páry je přiváděna přes příčné parní trysky do mlecího prostoru.
11. Zařízení k provádění způsobu podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že granulovací komora pro roztavenou strusku je spojena s rozdělovačem (13) přes zakřivené vedení (10) ve tvaru písmene S, přičemž rozdělovač (13) je proveden jako rozdělovači klínové zúžení, jehož plochy jsou zrcadlově symetrické k ose zakřivení vedení (10).
12. Zařízení podle jednoho z nároku 11, vyznačující se tím, že na rozdělovač (13) navazují alespoň dvě přívodná ramena (14,15) o v zásadě stejném průřezu, vedoucí k tryskám (17) v mlecím prostoru.
13. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 12, vyznačující se tím, že do mlecího prostoru jsou zaústěny příčné parní trysky (33), které jsou propojeny potrubím s tlakově pevně uzavíratelnou nádobou (1).
14. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 13, vyznačující se tím, že povrchové přímky (31) trysek (17) jsou orientovány do společného středu (30).
15. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 14, vyznačující se tím, že úhel kuželovitosti trysek (17) je zvolen v rozmezí 5° až 30°.

q\J im - 23OG fl · · '·«' ·· ·· · · • · · · · · · · · · · · • · · · · · « ····

WI I · · · · ··· · ··· ··· ····· · · · ··· · · ·· · · · · ··
16.Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 15, vyznačující se tím, že přívodná ramena (14,15) navazují na zakřivený záhyb (12) který je napojen na vedení (10) od tlakově pevně uzavíratelné nádoby (1).