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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abkühlung von Schlacken, die bei der Stahlerzeugung und/oder Stahlbearbeitung entstehen und die chargenweise diskontinuierlich abgezogen und anschließend abgekühlt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Abkühlung von Schlacken mit mindestens einem Auffangbehälter.
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Bei der Roheisenerzeugung oder auch anderen metallurgischen Prozessen fallen auf dem Badspiegel Schlacken an, die für die Endprodukte unerwünschte Begleiter enthalten und somit bei Bedarf von Zeit zu Zeit abgezogen werden. Die anfallenden Schlackenmengen werden in einem Auffangbehälter gesammelt, der nach dem Stand der Technik nach Befüllen durch Ausgießen entleert wird. Im einfachsten Fall werden die Schlacken in einen Bunker oder auf einer Halde abgegossen und durch Bespritzen mit Wasser zur Abkühlung und zum Erstarren gebracht. Hierbei besteht eine nicht vernachlässigbare Explosionsgefahr sowohl durch die Freisetzung von Wasserstoff als auch durch eine spontane Überhitzung des Wasserdampfes. Die Explosionsgefahr kann zwar durch die Verwendung von großen Wasserströmen reduziert werden, jedoch müssen dann wiederum Vorkehrungen getroffen werden, um die großen Wassermengen wieder abzuführen. Hierzu können entsprechend große platzaufwendige Dekantierbecken oder auch Entwässerungstrommeln verwendet werden. Bei kleineren anfallenden Schlackenmengen erweisen sich jedoch solche Maßnahmen einschließlich der damit verbundenen Kosten als zu aufwendig.
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Darüber hinaus ist bei den vorbeschriebenen explosionsartigen Vorgängen auch ein Wegschleudern flüssiger, teilerstarrter oder auch fester Schlackenbestandteile nicht zu vermeiden, wodurch eine nicht unerhebliche Gefährdung des Bedienungspersonales gegeben sein kann. Schließlich entstehen bei der beschriebenen Wasserkühlung auch weitere, zum Teil schädliche Gase, die ungehindert in die Umwelt ausströmen.
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In dem Bestreben, dass Schlacke für verschiedene Anwendungszwecke ein wiederverwertbarer Rohstoff sein kann, sind in jüngster Zeit Versuche unternommen worden, flüssige Schlacke zu Granulaten aufzubereiten.
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So ist aus der
WO 99/42623 ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken, insbesondere Hochofenschlacken mit Wasser bekannt, bei welchem in die Schlacke in Druckwasserstrahl gerichtet wird. Mit dem Druckwasserstrahl sollen in der Schlacke vor dem Ausbringen Gase, insbesondere Sauerstoff, Luft und/oder Sauerstoff-Inertgasgemische, gelöst werden, wobei Eisenanteile der Schlacke quantitativ oxidiert werden, die Schlacke mit dem Druck des Druckwassers über eine Schlackenöffnung ausgepreßt wird und als Mantel des Druckwasserstrahles ausgestoßen wird. Hierzu müssen Druckwasser-Drücke zwischen 35 bar bis 160 bar aufgewendet werden. Der apparative Aufwand ist ebenso hoch wie kostenintensiv, was bei kleineren anfallenden Schlackenmengen wirtschaftlich unvertretbar ist.
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Aus der
WO 00/00649 ist eine Vorrichtung zum Naßgranulieren von flüssiger Schlacke bekannt, die ein Granulierbecken mit einer Eindüsvorrichtung für das Granulierwasser, ein vom Granulierbecken abgetrenntes Dekantierbecken, in welchem sich die Schlacke als Granulat absetzt, und eine Vorrichtung zum Einleiten des Granulat-Wasser-Gemisches aus dem Granulierbecken in das Dekantierbecken enthält, wobei die Vorrichtung zum Einleiten des Granulat-Wasser-Gemisches aus dem Granulierbecken in das Dekantierbecken mindestens einen länglichen Verteilerkanal umfaßt, der sich über das Dekantierbecken erstreckt. Der Verteilerkanal weist an seiner Unterseite über seine Länge verteilte Ausflußmittel über das Granulat-Wasser-Gemisch auf. Im Dekantierbecken ist unterhalb des mindestens einen Verteilerkanales ein senkrechter, nach unten offener Einströmschacht ausgebildet, in den die Ausflußmittel für das Granulat-Wasser-Gemisch einmünden. Auch diese Vorrichtung bzw. das damit durchführbare Verfahren sind relativ aufwendig.
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Aus der
WO 00/50647 ist ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken bekannt, bei welchem flüssige Schlacken in eine Expansionskammer und eine Kühlzone eingebracht werden, wobei die flüssige Schlacke in eine unter Unterdruck stehende Expansionskammer eingesaugt und mit einem Treibstrahl in die Kühlzone transportiert wird. Als Treibstrahl wird Hochdruckwasser mit einem Druck über 50 bar oder überhitzter Dampf mit Temperaturen von über 800°C eingesetzt.
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Die Nachteile der in den letztgenannten Druckschriften beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen liegen darin, dass Wasser oder Wasserdampf in unmittelbaren Kontakt mit der flüssigen heißen Schlacke gebracht werden muß, was hinsichtlich der auftretenden Reaktion nur schwer kontrollierbar ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Abkühlen von Schlacken und eine hierzu verwendbare Vorrichtung zu schaffen, die ohne unmittelbar mit dem flüssigen heißen Stahl in Kontakt kommendes Wasser oder in Kontakt kommenden Wasserdampf arbeiten. Die Schlackenabkühlung soll soweit vorangetrieben werden, dass Temperaturen unter der sogenannten Selbstentzündungstemperatur der Schlacke erreicht werden, so dass die Schlacke gefahrlos in weitere Aufbereitungsprozesse eingeschleust werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren und die in Anspruch 6 beschriebene Vorrichtung vorgeschlagen.
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Erfindungsgemäß werden die Schlackenchargen in einen fahrbaren Behälter mit einer großen Bodenfläche und einer maximal 0,2 m, vorzugsweise ≤ 0,1 m großen Füllhöhe abgegossen, wobei die Bodenfläche des fahrbaren Behälters eine größere Wärmekapazität als die der aufzunehmenden Schlacke besitzt. Der fahrbare Behälter wird anschließend abgefahren, wonach die auf eine unterhalb der Schlackenentzündungstemperatur liegende Temperatur, vorzugsweise < 300°C, durch Wärmeentzug abgekühlte Schlacke zur weiteren Verarbeitung ausgegossen und der entleerte Behälter schließlich, vorzugsweise mittels Wasser auf eine Temperatur < 100°C, idealerweise auf Raumtemperatur abgekühlt und zur erneuten Flüssigschlackenchargenaufnahme zurückgefahren wird. Der Kerngedanke dieses Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, dass zwischen zwei Schlackenabzügen ein relativ langer Zeitraum verbleibt, in dem die anfallende Schlacke chargenweise, d. h. in beispielsweise 6 bis 8 Gängen abgezogen werden kann, bevor der nächste Schlackenabstich erfolgt. Diese, in der Praxis etwa 30 Minuten bestehende Zeit, läßt sich auch zur Abkühlung der Schlacke nutzen. Hierzu wird die Schlacke breitflächig und in geringer Höhe auf dem Boden eines verfahrbaren Behälters vergossen, dessen Bodenplatte eine hohe Wärmekapazität besitzt, die so bemessen ist, dass die aufnehmbare Wärme größer ist als die Wärmekapazität der hierauf vergossenen Schlacke. Verwendet man als Material für die Bodenplatte Stahl, Kupfer oder eine Kupferlegierung bzw. mit einer Kupferbeschichtung oder Kupferlegierungsbeschichtung versehene Stahlplatte, geht der in der Schlacke vorhandenen Wärmeüberschuß aufgrund der vorhandenen guten Leitfähigkeit der Bodenplatte bereits in kurzer Zeit aufgrund des Wärmeausgleiches zwischen der Schlacke und der Bodenplatte in diese über. Etwa in der Schlacke enthaltenes Eisen setzt sich aufgrund des höheren spezifischen Gewichtes dünnlagig auf der Bodenplatte ab. Die nach Abkühlung abgekippte Schlakce läßt sich daher auch leichter zerkkleinern. Damit gewährleistet ist, dass die deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit von Schlacken den Wärmeübergang auf die Bodenplatte nicht wesentlich behindert, sollte die in den Behälter abgegebene Schlackenmenge eine geringe Höhe, vorzugsweise von maximal 10 cm besitzen. Unter der Voraussetzung, dass die Behälter-Bodenplatte ein Flächenmaß von etwa 2 m × 2 m besitzt, ergibt sich bei einer Schlackenhöhe von 0,1 m eine abfüllbare Schlackenmenge von 2 t bis 3 t Gewicht. Die heruntergekühlte Schlacke kann hiernach gefahrlos abgekippt werden, wonach der entleerte Behälter beispielsweise unter Verwendung von Wasser gekühlt und zur Wiederbefüllung mit Schlacke zurückgeführt wird.
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Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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So wird vorzugsweise eine auf Rädern verfahrbare Lore als Behälter verwendet.
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Soweit die anfallende Schlackenmenge, die mit einem Behälter bzw. mit einer Lore abfahrbare Menge übersteigt, werden nach einer Weiterentwicklung der Erfindung mehrere verfahrbare Behälter miteinander gekoppelt und gemeinsam verfahren. Jeder Behälter dieses Zuges nimmt eine Schlackencharge auf, wobei die Anzahl der notwendigen Behälter von der Gesamtschlackenmenge pro Abstich und dem vorstehende definierten maximalen Füllgrad der Behälter bestimmt wird. Die Behälter werden nacheinander mit Schlacke in einer Höhe von 10 cm befüllt, was relativ rasch, z. B. in 5 bis 8 Minuten geschehen kann. Da jeder dieser miteinander gekoppelten Behälter durch Wärmeentzug die Schlacke abkühlt, können die heruntergekühlten Schlacken sukzessive zur Weiterverarbeitung abgekippt und der Behälterzug nach Abguß abgekühlt und wieder in die Ausgangsposition zurückgefahren werden, so dass der erste Behälter beim nächsten Schlackenchargenanfall wieder befüllbar ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Schlacke über einen Trichter mit, in einer Draufsicht betrachtet, überlappenden Leitflächen, die in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, in den oder die fahrbaren Behälter vergossen. Die Leitflächen sind vorzugsweise wassergekühlt, d. h. sie besitzen mit Wasser gespeiste innere Kühlkanäle. Mittels dieses Trichter erfährt die Schlacke beim Befördern in den verfahrbaren Behälter bereits eine Vorkühlung. Der Trichter und/oder die Leitfläche bestehen vorzugsweise aus demselben Material wie der Boden des verfahrbaren Behälters, also aus Stahl, Kupfer, einer Kupferlegierung.
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Entsprechende Vorteile wie anhand des vorstehend beschriebenen Verfahrens dargelegt, hat auch die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der der Auffangbehälter als verfahrbarer Kippbehälter mit einer großen Bodenfläche und einer maximal 0,2 m, vorzugsweise ≤ 0,1 m großen Füllhöhe ausgebildet ist. Die Wärmekapazität des Bodens des Auffangbehälters ist größer als die der sich durch die Behälterbemaßung ergebenden Wärmekapazität der aufzunehmenden Schlacke. Am Ende des Fahrweges für den Auffangbehälter, insbesondere einem Schienenstrang, ist eine Einrichtung zur Abkühlung des Auffangbehälters oder mehrerer Auffangbehälter vorgesehen. Wie bereits dargelegt, werden vorzugsweise mehrere Auffangbehälter miteinander gekoppelt und sind als Zug mehrerer Loren gemeinsam verfahrbar. Die Bodenfläche des Auffangbehälters besteht aus Stahl, Grauguß, Kupfer oder einer Kupferlegierung. Oberhalb des Fahrweges ist der bereits vorbeschriebene Trichter mit Leitblechen angeordnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen
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1 eine schematische Ansicht einer Abgießvorrichtung mit einem verfahrbaren Zug aus insgesamt 8 Loren,
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2 eine schematische Ansicht der Verfahrensabfolge in 4 verschiedenen Stufen sowie
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3 und 4 jeweils eine Drauf- und eine Seitenansicht einer Lore mit Einfülltrichter.
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In 1 und 2 sind jeweils zu einem Zug gekoppelte Loren 1 bis 8 dargestellt, die eine Gesamtzuglänge l von etwa 16 m bilden. Jede diese Loren besitzt eine aus einer dicken Platte mit hoher Wärmekapazität bestehenden Boden 13, der die Ausmaße von etwa 2 m × 2 m besitzt. Die Muldentiefe h (siehe 4) beträgt 15 cm, so dass sich bei einer vorgesehenen Füllhöhe von 10 cm ein Fassungsvermögen einer jeden Lore 1 bis 8 von 0,4 m3 ergibt. Der aus den Loren 1 bis 8 gebildete Zug ist entlang einem Schienenstrang mit der Länge L von beispielsweise 50 m verfahrbar. Die zum Abgießen der Schlacke oberhalb des Schienenstrangs angeordnete Vorrichtung 9 besitzt einen Trichter 10 mit Leitblechen 11, 12, die in unterschiedlichen Höhen derart angeordnet sind, dass sich in einer Draufsicht betrachtet die Leitbleche teilweise überlappen. Der Trichter 10 ist in einem Stützgestell 15 angeordnet.
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1 bzw. die oberste Prinzipskizze in 2 stellen den Ausgangszustand dar, in dem die erste Lore eines Zuges unterhalb des Trichters gestellt ist. Die Schlacke wird nunmehr über den Trichter 10 in den Loreninnenraum in einer Menge abgelassen, so dass die abgefüllte Schlacke in der ersten Lore eine Höhe von etwa 10 cm besitzt. Die auf Raumtemperatur liegende Bodenplatte 13 nimmt über die 2 m × 2 m große Bodenfläche aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit und ihrer großen Wärmekapazität relativ rasch die Überschußwärme aus der Schlacke auf. Nach Befüllen der Lore 1 wird der Schlackenzug um 2 m vorwärtsbewegt, so dass die Lore 2 unterhalb des Trichters geführt ist, wonach dieser in derselben Weise wie zu Lore 1 vorbeschrieben gefüllt wird. Dieser Vorgang wird sukzessive durch entsprechenden Lorenvorschub wiederholt, wobei in der 2. Abbildung in 2 beispielsweise die Lore 5 befüllt wird.
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Nach Befüllen der letzten Lore (Lore 8) werden die Loren sukzessive in den Bereich 16 (siehe entsprechende Spalte in 2) gefahren, wo sie durch Kippung entleert werden. Die Schlacke hat zu diesem Zeitpunkt durch entsprechenden Wärmeentzug eine Temperatur, die unterhalb von 300°C liegt.
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In der 3. Abbildung in 2 von oben ist die Loren-Zugstellung dargestellt, in der die Loren 3 und 4 entleert werden, wohingegen die Loren 1 und 2 bereits den Bereich 17 erreicht haben, in dem sie vorzugsweise mittels Wasser gekühlt werden. Auf diese Art und Weise werden die Loren sukzessive weiterbewegt bis auch die beiden letzten Loren 7 und 8 gemäß der unteren Abbildung in 2 in der Kühlzone angelangt sind. Nach Abkühlung aller Loren wird der gesamte Zug wieder in die Ausgangslage gemäß 1 zurückgefahren.
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Die zwischen zwei Schlackenabstichen zur Verfügung stehende Zeit beträgt etwa 20 bis 30 Minuten. In dieser Zeit können alle Loren sukzessive befüllt, die Schlacke hierbei abgekühlt, die Loren entleert sowie die Loren wieder gekühlt und in die Ausgangslage zurückgefahren werden.
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Der Vorteil der beschriebenen Verfahrenstechnik bzw. der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens liegt darin, dass mit einfachen technischen Mitteln ohne hohen Arbeits- und Kostenaufwand und ohne Gefährdung des Bedienungspersonals die Schlacke sicher auf Temperaturen herabgekühlt werden kann, in denen eine Selbstentzündung ausscheidet. Die erreichten Schlacketemperaturen von weniger als 300°C lassen eine problemlosere Weiterverarbeitung der Schlacke zu Granulaten zu als die eingangs erwähnten Naß-Granulierverfahren nach dem Stand der Technik.
