DE10107562C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Konditionieren von heißen, metallhaltigen Schlacken - Google Patents

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Konditionieren von heißen, metallhaltigen Schlacken, bestehend aus DOLLAR A (1) einem Puffermodul, aus zwei sich einander zugeneigten und an den voneinander abgewandten Enden jeweils um eine horizontale Drehachse (1.1) beweglichen Platten (1.2) besteht, deren gegenüberliegende Enden sich im geschlossenen Zustand berühren, und das zwei gegenläufige Auftragswalzen ggf. mit Spaltenweitenregulierung aufweist, DOLLAR A (2) einer Aufgabe-Schwingvorrichtung, DOLLAR A (3) mind. einer weiteren Schwingvorrichtung sowie DOLLAR A (4) mind. einem Transportmodul sowie DOLLAR A ein Verfahren mit Hilfe dieser Vorrichtung. Mit dieser Vorrichtung, die insbesondere zur Aufnahme einer mit einer Zieh- oder Schiebvorrichtung von der Schmelzeoberfläche entfernten Schlacke befähigt ist, die aus den Prozessen Roheisenentschwefelung, Müllverbrennung und/oder Aluminiumschmelzen stammt, können zum Teil tonnenschwere und sehr heiße Schlackenagglomerate im Ofen- oder Pfannenbereich kontinuierlich und platzsparend dosiert abgekühlt, gleichzeitig zerkleinert und aus dem Schmelzebereich wegbefördert werden, wobei Umweltbelastungen, Lärm-, Gas- und Geruchsentwicklung minimiert sind. Außerdem ist es möglich, wertvolle Rohstoffanteile zurückzugewinnen. Die einzelnen Module können unabhängig voneinander gekühlt bzw. mit mechanischen Zerkleinerungsvorrichtungen oder einem Magnetabscheider gekoppelt werden und befinden sich vorzugsweise auf einer verfahrbaren Unterlage, wodurch ...

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Konditionieren von heißen, metallhaltigen Schlacken.

Während der Stahlerzeugung fallen zwischen Hochofen und Konverter in den Prozessstufen Umchargieren des Roheisens und Roheisen- Entschwefelung heiße, flüssige Schlacken an, die üblicherweise mit einem hydraulisch betriebenen Räumschild von der Oberfläche des Eisenbades abgezogen werden müssen, wofür die Roheisenpfanne bei meist sehr engen Platzverhältnissen leicht angekippt wird. Abgezogen werden die Schlacken in darunter befindliche sogenannte Schlackenkübel. Der Schlackenanfall beträgt üblicherweise innerhalb von 10 bis 15 Min. zwei bis vier to, kann aber in Extremfällen von bspw. 400 to Flüssigeisenschmelzen bis zu 14 to erreichen. Somit kann das Entsorgungsvolumen pro Tag ca. 300 to betragen.

Mit Hilfe von Schienen oder Straßentransportfahrzeugen wird die heiße Schlacke anschließend meist zum Zwecke der Zwischenlagerung zu einer Schlackendeponie gebracht. Beim Entleeren der Schlackenkübel entzündet sich die Schlacke, wobei erhebliche Rauchemissionen auftreten.

Dieses unerwünschte Schlackezünden kann zwar durch ein längeres und meist mehrere Tage andauerndes Abkühlen lassen der Schlackenkübel unterbunden werden, doch sind damit hohe Investitionskosten für einen erheblich vergrößerten Kübelbestand und Fahrzeugpark verbunden.

Alternativ bietet sich das Wässern der Schlackenkübel an, wodurch der Abkühlprozess beschleunigt werden kann. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist jedoch die regelmäßige Entwicklung von Schwefelwasserstoffgas und die große Menge an zu entsorgenden Abwässern.

Als weiterer Nachteil ist die Tatsache anzusehen, dass die Schlacke bis zu 50% an Ferriten enthalten kann, so dass die von den Schmelzebehältern entfernten Schlacken tonnenschwere und deshalb auch nur schwer handhabbare Klumpen bilden, die nach der Abkühlphase zudem eine sehr hohe Festigkeit aufweisen, was sie im Sinne einer Weiterbehandlung (z. B. Recycling) wenig geeignet macht. Das zum Teil noch flüssige Eisen sammelt sich dabei im Bodenbereich der Schlackenkübel und bildet Agglomerate, die durch Brennschneiden und unter aufwendiger Rauchabsaugung zerkleinert werden müssen, was wiederum sehr lärm- und energieintensiv ist.

Die geschilderten Nachteile, die mit der Aufbereitung von Roheisenentschwefelungs-Schlacken verbunden sind, wirken sich insbesondere durch hohe Kosten aus und beeinflussen die Wirtschaftlichkeit des Stahlerzeugungsprozesses zusätzlich negativ. Zudem sind die geforderten Umweltverträglichkeitsbedingungen nur sehr schwer zu erfüllen.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Versuche bekannt, diese Nachteile im Zusammenhang mit der Aufbereitung von Schlacken zu überwinden: So sind aus US 4,522,377 und der Zeitschrift "Stahl und Eisen" (102, 1982, Nr. 19, S. 925/926) Vorrichtungen zum Konditionieren von heißen, metallhaltigen Schlacken bekannt, die u. a. integrierte Transportvorrichtungen oder Puffermodule in Form eines als Tundish ausgebildeten Trichters aufweisen und die dazu geeignet sind, Schlacken zu transportieren bzw. dabei abzukühlen. Auch mit Hilfe von Schwingvorrichtungen, wie sie bspw. in DE-PS 931 729 beschrieben sind, wurde versucht, flüssige Schlacke zu transportieren und gleichzeitig abzukühlen. Das in diesem Zusammenhang beschriebene Verfahren zum Granulieren von u. a. Schlacken bedient sich allerdings der bereits als nachteilig beschriebenen Variante mit Wasser.

Das deutsche Patent DE 195 19 284 schließlich schützt ein Verfahren und eine Anlage zum Kühlen und Abtransport von Pfannen- und Konverterschlacken, bei dem durch Wärmeentzug die flüssige Schlacke in den festen Zustand überführt wird. Dazu wird die abzuziehende flüssige Schlacke unmittelbar in eine gekühlte Form gegossen, nach der Erstarrung als Schlackeblock zerbrochen und anschließend werden die Bruchstücke gesammelt und abtransportiert. Nachteilig bei der Anwendung dieser Vorrichtung ist allerdings, dass die als Kokille ausgebildeten Puffermodule ausschließlich große Schlackenblöcke erzeugen, die nur sehr schwer zu handhaben und zu beherrschen sind.

Für die vorliegende Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Konditionieren von heißen, metallhaltigen Schlacken zu entwickeln, die zum einen an variable Schlackenmengen ohne aufwendige Umbaumaßnahmen angepasst werden können und mit denen man zum anderen in der Lage ist, selbst sehr heiße Schlacken ohne Entzündungserscheinungen und Gasentwicklungen zu leicht transportablen Größen zu verarbeiten.

Gelöst wurde diese Aufgabe mit Hilfe einer Vorrichtung, die aus

• 1. einem Puffermodul,
• 2. einer Aufgabe-Schwingvorrichtung,
• 3. mind. einer weiteren Schwingvorrichtung sowie
• 4. mind. einem Transportmodul

besteht und einem entsprechenden Verfahren mit Hilfe dieser Vorrichtung.

Überraschenderweise hat sich neben dem Erreichen der Ziele aus der Aufgabenstellung gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nun Schlacken aus der Stahlerzeugung noch im unmittelbaren Bereich von Hochofen und Konverter so konditioniert werden können, dass sie bereits abgekühlt und zerkleinert kontinuierlich und kostengünstig aus dem Ofenbereich entfernt, entsorgt und/oder weiterverarbeitet werden können, wodurch die gesamte Schlackenlogistik signifikant erleichtert wird.

Für bestimmte Anwendungsbedingungen kann es dabei günstig sein, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme einer mit Hilfe einer Zieh- oder Schiebvorrichtung von der Schmelzeoberfläche entfernten Schlacke befähigt ist, wofür bspw. die Ausgestaltung und lichte Weite der Aufnahmeöffnung des Puffermoduls (1) von Bedeutung sein kann, da die Breiten der Pfannenschnauzen erfahrungsgemäß unterschiedlichst dimensioniert sein können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Konditionieren von Schlacken mit Temperaturen zwischen 500 und 1 400°C geeignet, wobei Erfahrungswerte zeigen, dass die mittleren Temperaturen heterogener Schlacken bei 1 350°C liegen, was sich natürlich unmittelbar auf die zu berücksichtigenden Wärmeinhalte auswirkt.

Aufgrund der üblicherweise anfallenden Schlackemengen von 1 bis 14 to pro Charge wird für das Puffermodul (1) gemäß Erfindung eine bevorzugte Aufnahmekapazität von 100 bis 1 000 kg empfohlen. Damit ist gewährleistet, dass die kontinuierlich abgezogene Schlacke portionsweise und bereits zum Teil vorkonditioniert an die nachfolgenden Module der erfindungsgemäßen Vorrichtung weitergereicht werden kann.

Damit die mit der vorliegenden Vorrichtung verbundene Schlackenlogistik problemlos ablaufen kann, kommt dem Puffermodul (1) eine tragende Rolle zu. Aus diesem Grund sieht die vorliegende Erfindung zwingend vor, dass das Puffermodul (1) aus zwei sich einander zugeneigten und an den voneinander abgewandten Enden jeweils um eine horizontale Drehachse (1.1) beweglichen Platten (1.2) besteht, deren gegenüberliegenden Enden sich im geschlossenen Zustand berühren, die beim Öffnen nach unten wegschwenken. Das Puffermodul (1) folgt somit dem Bauprinzip eines "Flippertroges", der die Schlackenchargen aufnimmt und portionsweise an die Aufgabe-Schwingvorrichtung (2) weitergibt.

Da die Schlacken mit zum Teil sehr hohen Temperaturen von der Schmelzeoberfläche abgezogen werden und in das Puffermodul (1) gelangen, ist es sinnvoll, wenn das Puffermodul (1) gekühlt werden kann.

In diesem Zusammenhang sind erfahrungsgemäß im Puffermodul (1) integrierte Kühleinrichtungen geeignet, die einen raschen Wärmeübergang von der Schmelze über das Puffermodul gewährleisten.

Die zum Teil stark schwankenden Schlacken-Anfallmengen können es erforderlich machen, dass die beweglichen Teile des Puffermoduls (1) in variierenden Zeitintervallen unterschiedlich lange Öffnungszyklen ermöglichen. Für diese Fälle empfehlen sich Vorrichtungs-Varianten, bei denen die Drehachsen (1.1) des Puffermoduls (1) einseitig gelagert und/oder hydraulisch (1.3) bewegbar sind. Die damit ermöglichten Bewegungsarten der Modulplatten (1.2) gestatten für die Schlacken eine breite Vielfalt an Zerkleinerungsvarianten, wodurch wiederum die unterschiedlichsten Größen an Schlackenagglomeraten konditioniert werden können. Die Größe der vom Puffermodul (1) aufzunehmenden Schlackenagglomerate erfordert Merkmale des Moduls (1), wobei erfindungsgemäß vor allem gegenläufige Austragswalzen wichtig sind, die mit einer Spaltweitenregelung ausgestattet sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so größere Schlackenteile nach Brecherart vorzerkleinert und/oder Schlackenteile mit kleiner Sieblinie schneller an die Vorrichtung (2) weiterbefördert werden, womit der Vorteil verbunden ist, dass bei einstellbarer Spaltenweite des Puffermodulausganges eine max. Austragsgröße der Schlackenagglomerate vorgegeben werden kann.

Zum Zweck einer intensiven, schnellen und gleichmäßigen Abkühlung der Schlacken können wie das Puffermodul (1) auch die Module (2) und (3) im Rahmen der vorliegenden Verbindung mit einem Primärkühlsystem ausgestattet sein, das mit einem Sekundärkühlsystem gekoppelt ist. Dafür haben sich sowohl beim Primär- als auch beim Sekundärkühlsystem Marlothermöle, Salzschmelzen, Wasser, Pressluft und/oder Metallschmelzen am geeignetsten erwiesen.

Das Modul (1) dient somit vornehmlich als vorgeschalteter Puffer, der die anfallende Schlacke kühlt und in Größe und/oder Gewicht vergleichmäßigt an das nachfolgende Modul dosiert verteilt.

Nach der Passage des Puffermoduls (1) gelangen die Schlacke- Agglomerate auf die Aufgabe-Schwingvorrichtung (2), die üblicherweise eine Rinne, einen Rost oder ein Schub/Zugsystem darstellt, wobei diese Varianten natürlich auch untereinander kombiniert werden können.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung (2) werden die Schlacke-Agglomerate über die gesamte Schwingstrecke vornehmlich weitergekühlt, bevor sie auf die weitere(n) Schwingvorrichtung(en) (3) gelangen, die als Umkehr-Schwing- und/oder -Fördereinrichtung(en) ausgebildet sein kann/können. Diese Umkehr-Variante ermöglicht eine max. Abkühlstrecke bei gleichzeitig platzsparender Bauweise.

Am Ende der Schwingvorrichtung(en) (3) sind die Schlacke-Agglomerate soweit abgekühlt, dass sie zum Zwecke des Wegbeförderns von der erfindungsgemäßen Vorrichtung dem oder den Transportmodul(en) (4) zugeführt werden können.

Auch das Transportmodul (4) kann im Sinne der vorliegenden Erfindung in den unterschiedlichsten Ausgestaltungsvarianten vorliegen: So haben sich in Abhängigkeit vom Schlackenanfall, den Platzverhältnissen und der Zweckbestimmung der Schlacke Lamellenbänder, Masselbänder, Lamellen- Stufenroste und/oder Plattenbahnen als sehr geeignet erwiesen. Dabei soll ausdrücklich betont werden, dass diese unterschiedlichen Varianten selbstverständlich auch in beliebiger Weise kombiniert werden können, was die Einsatzbreite der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich vergrößert.

In bestimmten Bereichen kann es notwendig sein, dass die Schlacke- Agglomerate beim Verlassen des Hochofen- oder Pfannenbereiches eine gewissen Mindestgröße aufweisen. In diesem Fall kann natürlich mind. eines der Module (2) bis (4) mit mind. einer mechanischen Zerkleinerungsvorrichtung, bspw. in Form einer Hammermühle oder eines Kontibrechers kombiniert sein.

In diesem Zusammenhang ist erwähnenswert, dass natürlich an allen Modulen der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch entsprechende Klassifizierungseinrichtungen installiert werden können, die z. B. u. a. eine bildoptische (Video, Photogrammetrie) oder IR-Überwachung- bzw. Sortierung ermöglichen.

Wie bereits eingangs erwähnt, können die Stahl- und Roheisenschlacken große Mengen an Eisen enthalten, die die Schlackenqualitäten für die möglichen Einsatzgebiete in der Weiterverarbeitung negativ beeinflussen; diese Eisenmengen stellen aber auch eine nicht vernachlässigbare Rohstoffquelle dar. Diesem Umstand trägt die vorliegende Vorrichtung dann Rechnung, wenn mind. eines der Module (2) bis (4) mit mind. einem Magnetabscheider gekoppelt wird, wodurch das erstarrte Eisen oder überwiegend Eisen enthaltende Partikel aussortiert und zurückgewonnen werden können.

Um die jeweiligen Schlackenmengen, die sich im Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. im Bereich der einzelnen Module befinden, kontrollieren und steuern zu können, sollte die Vorrichtung insbesondere Wägezellen aufweisen, mit deren Hilfe die jeweiligen Massenströme bestimmt und/oder geregelt werden können.

Ebenfalls bereits angesprochen wurden die zum Teil äußerst engen Platzverhältnisse in den Hüttenbetrieben, wodurch eine feste Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht immer von Vorteil sein muss. Aus diesem Grund wird eine Variante beansprucht, bei der die Vorrichtung auf einer verfahrbaren Unterlage (5), wie z. B. einem Wagen oder einem Führungsschlitten befestigt ist und wodurch sie ohne weiteres und trotz ihrer zum Teil erheblichen Ausmaße zwischen den Einsatzorten verhältnismäßig leicht bewegt werden kann.

Neben dem eigentlichen Erfindungsgegenstand der Vorrichtung zum Konditionieren von heißen, metallhaltigen Schlacken beansprucht die vorliegende Erfindung auch ein entsprechendes Verfahren, das mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Schlacken ausgeübt wird, die aus den Prozessen Roheisenentschwefelung, Müllverbrennung und/oder Aluminiumschmelzen stammen, und bei dem eine Vorrichtung verwendet wird, die aus

• 1. einem Puffermodul, aus zwei sich einander zugeneigten und an den voneinander abgewandten Enden jeweils um eine horizontale Drehachse (1.1) beweglichen Platten (1.2) besteht, deren gegenüberliegende Enden sich im geschlossenen Zustand berühren, und das zwei gegenläufige Auftragswalzen ggf. mit Spaltweitenregulierung aufweist,
• 2. einer Aufgabe-Schwingvorrichtung,
• 3. mind. einer weiteren Schwingvorrichtung sowie
• 4. mind. einem Transportmodul

besteht; dabei wird die kontinuierlich abgezogene Schlacke zuerst im Puffermodul (

1

) gekühlt und/oder (vor-)zerkleinert, anschließend portionsweise zur Weiterkühlung an die Aufgabeschwingvorrichtung (

2

) weitergeleitet, dann den/der weiteren Schwingvorrichtung(en) (

3

) zugeführt und von dort dem/den Transportmodul(en) (

4

) zugeleitet.

Die jeweilige Schlacke wird dabei mit Hilfe des Puffermoduls (1) gepuffert und/oder gekühlt und/oder dosiert und/oder verteilt und/oder dispergiert, wobei die Schlackenabgabe vom Puffermodul (1) zur Aufgabe- Schwingvorrichtung (2) insbesondere gewichts- und/oder volumengesteuert, erfolgt, und wobei die Schlacke meist in flächiger Form vorliegt.

Die Schlacke wird dabei im Bereich der Schwingvorrichtungen (2) und/oder (3) gekühlt und/oder zerkleinert und/oder dispergiert. Dann wird die zerkleinerte Schlacke in Transportbehälter befördert.

Abschließend kann die Schlacke auch einem Recycling-Verfahren zugeführt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung betreffend eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Konditionieren von heißen, metallhaltigen Schlacken ist es also nun möglich, die zum Teil tonnenschweren und sehr heißen Schlacke- Agglomerate im Ofen- oder Pfannenbereich kontinuierlich und platzsparend dosiert abzukühlen, gleichzeitig zu zerkleinern und aus dem Schmelzebereich wegzubefördern, wobei Umweltbelastungen wie Lärm-, Gas- und Geruchsentwicklung minimiert sind. Außerdem können dabei wertvolle Rohstoffanteile zurückgewonnen und wie die konditionierte Schlacke selbst einer Wiederverwertung zugeführt werden.

Die nachfolgende Abbildung veranschaulicht eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Konditionieren von heißen, metallhaltigen Schlacken, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus

• 1. einem Puffermodul, aus zwei sich einander zugeneigten und an den voneinander abgewandten Enden jeweils um eine horizontale Drehachse (1.1) beweglichen Platten (1.2) besteht, deren gegenüberliegende Enden sich im geschlossenen Zustand berühren, und das zwei gegenläufige Auftragswalzen ggf. mit Spaltweitenregulierung aufweist,
• 2. einer Aufgabe-Schwingvorrichtung,
• 3. mind. einer weiteren Schwingvorrichtung sowie
• 4. mind. einem Transportmodul

besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1) bis (3) mit einem Primärkühlsystem ausgestattet sind, die mit einem Sekundärkühlsystem gekoppelt sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Primär- und/oder Sekundärkühlsystem um Marlothermöle, Salzschmelzen, Wasser, Pressluft und/oder Metallschmelzen handelt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportmodul (4) ein Lamellenband, ein Masselband, ein Lamellen-Stufenrost und/oder eine Plattenbahn ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf einer verfahrbaren Unterlage (5) befestigt ist.

6. Verfahren zum Konditionieren von heißen, metallhaltigen Schlacken, die aus den Prozessen Roheisentschwefelung, Müllverbrennung und/oder Aluminiumschmelzen stammen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung verwendet wird, die aus

• 1. einem Puffermodul, aus zwei sich einander zugeneigten und an den voneinander abgewandten Enden jeweils um eine horizontale Drehachse (1.1) beweglichen Platten (1.2) besteht, deren gegenüberliegende Enden sich im geschlossenen Zustand berühren, und das zwei gegenläufige Auftragswalzen ggf. mit Spaltweitenregulierung aufweist,
• 2. einer Aufgabe-Schwingvorrichtung,
• 3. mind. einer weiteren Schwingvorrichtung sowie
• 4. mind. einem Transportmodul

besteht, und bei dem die kontinuierlich abgezogene Schlacke zuerst im Puffermodul (1) gekühlt und/oder (vor-)zerkleinert, anschließend portionsweise zur Weiterkühlung an die Aufgabeschwingvorrichtung (2) weitergeleitet und dann den/der weiteren Schwingvorrichtung(en) (3) zugeführt und von dort dem/den Transportmodul(en) (4) zugeleitet wird.