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Process and plant for the production of granulated blastfurnace slag and process for the production of cement Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Hüttensand, der durch Abschrecken und Aufmahlen von Schlacke entsteht, die in einem reduzierend betriebenen Schmelzprozess mit metallischer Schmelze anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass a) dem Schmelzprozess als Rohmaterial in erster Linie nicht Eisenerz, sondern schlackenbildendes Rohmaterial zugeführt wird b) und dass als Hauptprodukt des Schmelzprozesses die Schlacke abgezogen wird, c) während die metallische Schmelze weitgehend erhalten bleibt d) und eventuell auftretende kleinere Schmelzverluste oder Schmelzüberschüsse durch geeignete Materialzufuhr bzw. -abfuhr ausgeglichen werden.Process for the production of blastfurnace slag resulting from the quenching and grinding of slag obtained in a reduced melting metal smelting process, characterized in that a) the raw material is fed to the smelting process not primarily iron ore but slag-forming raw material that the main product of the melting process, the slag is withdrawn, c) while the metallic melt is largely retained d) and possibly occurring smaller melt losses or melt excesses are compensated by suitable material supply or removal.

Description

Beim bekannten Hochofenprozess wird Eisen durch Reduktion von Eisenoxid gewonnen. Hierzu werden neben oxidischen Eisenerzen Koks und Zuschlagstoffe, wie Quarzsand und gebrannter Kalk, zur Reaktion gebracht. Roheisen und schwimmende Schlacke werden getrennt aus dem Hochofen abgezogen.In the known blast furnace process iron is obtained by reduction of iron oxide. Coke and aggregates, such as quartz sand and quick lime, are reacted in addition to oxidic iron ores. Cast iron and floating slag are extracted separately from the blast furnace.

Die im Hochofenprozess neben dem Roheisen gleichzeitig entstehende Schlacke wird nach Abzug aus dem Hochofen abgeschreckt und in einer Schlackenmahlanlage aufgemahlen (vgl. etwa http://de.wikipedia.org/wiki/Hochofenprozess). Der so gewonnene Hüttensand findet dann (neben Klinker) als Bestandteil von Zement Verwendung.The slag produced simultaneously in the blast furnace process next to the pig iron is quenched after deduction from the blast furnace and ground in a slag grinding plant (see, for example, http://de.wikipedia.org/wiki/Hochofenprozess). The obtained granulated slag sand then (in addition to clinker) as a component of cement use.

Bekannt ist auch ein Verfahren zum Erzeugen von Roheisen und einer unmittelbar als Zement verwendbaren Schlacke im Hochofen. Hierbei wird der Wind bei Führung einer hoch kalkhaltigen oder einer hoch tonerdehaltigen Schlacke mit Sauerstoff angereichert ( DE 441 365 A ).Also known is a method for producing pig iron and a directly usable as cement slag in the blast furnace. Here, the wind is enriched in the leadership of a highly calcareous or a high-alumina slag with oxygen ( DE 441 365 A ).

Es ist weiterhin bekannt, eine aus dem Hochofen kommende Schmelze in Roheisen und Schlacke zu trennen und die Schlacke nach Zugabe eines Zusatzstoffes zu verdüsen ( DE 103 40 880 A1 ).It is also known to separate a melt coming from the blast furnace into pig iron and slag and to atomize the slag after addition of an additive ( DE 103 40 880 A1 ).

Nun ist der Hochofenprozess im Hinblick auf die Gewinnung von Roheisen optimiert, während die Schlacke ein Neben- bzw. Abfallprodukt des Hochofenprozesses darstellt, das zudem nur in begrenzten Mengen anfällt.Now, the blast furnace process is optimized with regard to the extraction of pig iron, while the slag is a by-product or waste product of the blast furnace process, which is also obtained only in limited quantities.

Der aus der Schlacke gewonnene Hüttensand ist andererseits ein wichtiger Bestandteil von Zementen. Eine Vergrößerung dieses Bestandteiles im Zement wäre aus verschiedenen Gründen sinnvoll und anzustreben.On the other hand, the slag sand obtained from slag is an important component of cements. An enlargement of this component in the cement would be useful and desirable for various reasons.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu entwickeln, das eine besonders wirtschaftliche Herstellung von Hüttensand ermöglicht und das damit eine erste wichtige Voraussetzung für eine Vergrößerung des Hüttensandanteiles im Zement schafft.The invention is therefore based on the object to develop a method that enables a particularly economical production of granulated blastfurnace slag and thus creates a first important prerequisite for increasing the content of blastfurnace slag in cement.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

Ebenso wie der bekannte Hochofenprozess zur Roheisenherstellung nutzt auch das neue Verfahren eine metallische Schmelze, über der sich schwimmende Schlacke bildet. Im Unterschied zu dem bekannten Hochofenprozess wird jedoch erfindungsgemäß einerseits der Schmelze in erster Linie nicht Eisenerz, sondern schlackenbildendes Rohmaterial zugeführt, und es wird andererseits als Hauptprodukt des Schmelzprozesses nicht Roheisen, sondern die Schmelze abgezogen, während die metallische Schmelze weitgehend erhalten bleibt.Like the well-known blast furnace process for pig iron production, the new process also uses a metallic melt over which floating slag forms. In contrast to the known blast furnace process, according to the invention, on the one hand, the melt is supplied primarily not iron ore but slag-forming raw material, and on the other hand, as the main product of the melting process, not pig iron, but the melt is withdrawn, while the metallic melt is largely retained.

Auf diese Weise lässt sich Hüttensand in großtechnischem Maßstab sehr wirtschaftlich herstellen.In this way, granulated blastfurnace can be produced very economically on an industrial scale.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das schlackenbildende Rohmaterial zweckmäßig in feinkörniger Form zunächst vorgewärmt, unter Zugabe von Brennstoff vorcalciniert und dann unmittelbar in die metallische Schmelze eingetragen.In the method according to the invention, the slag-forming raw material is expediently preheated initially in fine-grained form, precalcined with the addition of fuel and then introduced directly into the metallic melt.

Die zur Aufrechterhaltung der Schmelze und des reduzierenden Betriebes des Schmelzprozesses erforderliche Energiezufuhr kann durch Zugabe von Brennstoff und Verbrennungsluft in die Schmelze erfolgen.The energy required to maintain the melt and the reducing operation of the melting process can be made by adding fuel and combustion air into the melt.

Die aus der Schmelze abgezogene Schlacke wird so rasch abgekühlt, dass zumindest der überwiegende Teil der Schlacke glasig erstarrt. Dann wird zumindest ein Teil der abgekühlten Schlacke bis auf mindestens 8.000 Blaine, vorzugsweise mindestens 10.000 Blaine, fein gemahlen.The slag removed from the melt is cooled down so rapidly that at least the major part of the slag solidifies glassy. Then at least a portion of the cooled slag is finely ground to at least 8,000 Blaine, preferably at least 10,000 Blaine.

Wird ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in sehr wirtschaftlicher Weise hergestellter und besonders fein gemahlener Hüttensand als Bestandteil von Zement verwendet, so kann der Anteil von Hüttensand gegenüber dem Klinkeranteil im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich vergrößert werden, ohne dass dadurch die Eigenschaften des Zements beeinträchtigt, insbesondere seine Frühfestigkeit herabgesetzt werden. Eine Vergrößerung des Hüttensandanteiles im Zement bringt den großen Vorteil mit sich, dass dadurch eine Zementherstellung mit wesentlich verringerter CO2-Emission ermöglicht wird. Dies erklärt sich insbesondere damit, dass das Rohmaterial des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Hüttensand einen geringeren Anteil an Karbonaten aufweist als das für die Herstellung von Klinker verwendete Rohmaterial.If a granulated blastfurnace slag manufactured in a very economical manner and very finely ground by the process according to the invention is used as a constituent of cement, the fraction of granulated slag relative to the clinker fraction can be substantially increased in comparison to the prior art without impairing the properties of the cement. in particular its early strength can be reduced. Increasing the amount of blastfurnace slag in cement has the great advantage of enabling cement production with significantly reduced CO 2 emissions. This is explained, in particular, by the fact that the raw material of the method according to the invention for producing granulated slag has a lower proportion of carbonates than the raw material used for the production of clinker.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing.

Die Anlage zur Herstellung von Zement enthält einen Vorwärmer 1 sowie einen Calcinator 2 für schlackenbildendes feinkörniges Rohmaterial, einen Schmelzreaktor 3, eine Kühleinrichtung 4 sowie eine Mahlanlage 5.The plant for the production of cement contains a preheater 1 and a calciner 2 for slag-forming fine-grained raw material, a melt reactor 3 , a cooling device 4 and a grinding plant 5 ,

Das schlackenbildende Rohmaterial wird dem Vorwärmer 1 aufgegeben (Pfeil 6), gelangt dann in den Calcinator 2 (Pfeil 7) und wird schließlich (Pfeil 8) im vorgewärmten und vorcalcinierten Zustand in die Schmelze 9 des Schmelzreaktors 3 eingetragen.The slag-forming raw material becomes the preheater 1 abandoned (arrow 6 ), then enters the calciner 2 (Arrow 7 ) and finally (arrow 8th ) in the preheated and precalcined state into the melt 9 of the melt reactor 3 entered.

Die Abgase (Pfeil 10) des Schmelzreaktors 3 werden dem Calcinator 2 zugeleitet, dem außerdem Brennstoff (Pfeil 11) sowie Verbrennungsluft (Pfeil 12) zugeführt wird, die als warme Abluft von der Kühleinrichtung 4 kommen kann. Die Abgase des Calcinators (Pfeil 13) treten in den Vorwärmer 1 ein, dessen Abgase (Pfeil 14) in bekannter Weise entstaubt werden können.The exhaust gases (arrow 10 ) of the melt reactor 3 be the calciner 2 In addition, fuel (arrow 11 ) and combustion air (arrow 12 ) is supplied as the warm air from the cooling device 4 can come. The exhaust gases of the calciner (arrow 13 ) enter the preheater 1 one whose exhaust gases (arrow 14 ) can be dedusted in a known manner.

Dem Schmelzreaktor 3 wird Brennstoff (Pfeil 15) sowie Verbrennungsluft (Pfeil 16) zugeführt, die als warme Abluft von der Kühleinrichtung 4 kommen kann. Die Verbrennungsluft könnte auch durch reinen Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft gebildet werden.The smelting reactor 3 becomes fuel (arrow 15 ) and combustion air (arrow 16 ) supplied as warm air from the cooling device 4 can come. The combustion air could also be formed by pure oxygen or oxygen-enriched combustion air.

Die sich im Schmelzreaktor bildende schwimmende Schlacke 17, die sich auf Grund unterschiedlicher Dichte von der metallischen Schmelze 9 separiert, wird als eigentliches Nutzprodukt des Verfahrens aus dem Schmelzreaktor 3 abgezogen (Pfeil 18), während die Schmelze 9 im Schmelzreaktor 3 zurückbleibt, wobei eventuell auftretende kleinere Schmelzverluste oder Schmelzüberschüsse durch geeignete Materialzufuhr bzw. -abfuhr ausgeglichen werden.The floating slag forming in the smelting reactor 17 due to different density of the metallic melt 9 is separated, as the actual useful product of the process from the smelting reactor 3 deducted (arrow 18 ) while the melt 9 in the smelting reactor 3 remaining, whereby possibly occurring smaller melt losses or melt surpluses are compensated by suitable material supply and -abfuhr.

Die aus dem Schmelzreaktor abgezogene flüssige Schlacke (Pfeil 18) wird in der Kühleinrichtung 4 vorzugsweise durch Wasser (Pfeil 19) so rasch abgekühlt, dass zumindest der überwiegende Teil der Schlacke glasig erstarrt. Gemäß einer weiteren Variante des Verfahrens kann nachfolgend (ggf. in einem zusätzlichen Aggregat) eine weitere Kühlung mit Luft (Pfeil 24) erfolgen.The withdrawn from the melt reactor liquid slag (arrow 18 ) is in the cooling device 4 preferably by water (arrow 19 ) cooled so rapidly that at least the major part of the slag solidifies glassy. According to a further variant of the method can subsequently (possibly in an additional unit), a further cooling with air (arrow 24 ) respectively.

Der so hergestellte, überwiegend amorphe Hüttensand (Pfeil 20) wird dann in der Mahlanlage 5 fein gemahlen, wobei diese Mahlung des Hüttensandes entweder separat oder gemeinsam mit der Mahlung von Klinker (Pfeil 21) und sonstigen Additiven (Pfeil 22) erfolgen kann. Bei separater Vermahlung werden die Bestandteile des Zements in einem Mischer zu Zement homogenisiert. Aus der Mahlanlage 5 wird normgerechter Zement (Pfeil 23) mit der gewünschten Kornverteilung und mit einem hohen Anteil von Hüttensand abgezogen.The thus produced, predominantly amorphous blastfurnace slag (Pfeil 20 ) is then in the grinding plant 5 finely ground, this grinding of the granulated slag either separately or together with the grinding of clinker (arrow 21 ) and other additives (arrow 22 ). With separate grinding, the components of the cement are homogenized in a mixer to cement. From the grinding plant 5 is standardized cement (arrow 23 ) with the desired particle size distribution and with a high proportion of blastfurnace slag.

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung von Hüttensand, der durch Abschrecken und Aufmahlen von Schlacke entsteht, die in einem reduzierend betriebenen Schmelzprozess mit metallischer Schmelze anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass a) dem Schmelzprozess als Rohmaterial in erster Linie nicht Eisenerz, sondern schlackenbildendes Rohmaterial zugeführt wird b) und dass als Hauptprodukt des Schmelzprozesses die Schlacke abgezogen wird, c) während die metallische Schmelze weitgehend erhalten bleibt d) und eventuell auftretende kleinere Schmelzverluste oder Schmelzüberschüsse durch geeignete Materialzufuhr bzw. -abfuhr ausgeglichen werden.Process for the production of blastfurnace slag resulting from quenching and grinding of slag obtained in a reduced-melting metal melt process, characterized in that a) the raw material is not fed primarily to iron ore but to slag-forming raw material (b) and that the main product of the melting process, the slag is withdrawn, c) while the metallic melt is largely retained d) and possibly occurring smaller melt losses or melt surpluses are compensated by suitable material supply or removal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schlackenbildende Rohmaterial in feinkörniger Form zunächst vorgewärmt und vorcalciniert und dann dem Schmelzprozess zugeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the slag-forming raw material in fine-grained form is first preheated and precalcined and then fed to the melting process. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgewärmte und vorcalcinierte Rohmaterial in feinkörniger Form in die metallische Schmelze eingetragen wird.A method according to claim 2, characterized in that the preheated and precalcined raw material is introduced in fine-grained form in the metallic melt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgezogene Schlacke so rasch abgekühlt wird, dass zumindest der überwiegende Teil der Schlacke glasig erstarrt.A method according to claim 1, characterized in that the withdrawn slag is cooled so quickly that at least the major part of the slag solidifies glassy. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die abgezogene Schlacke in zwei Stufen abgekühlt wird, wobei zunächst mit Wasser und anschießend mit Luft gekühlt wird.A method according to claim 4, characterized in that the withdrawn slag is cooled in two stages, being cooled first with water and anschießend with air. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufrechterhaltung der Schmelze und des reduzierenden Betriebes des Schmelzprozesses erforderliche Energiezufuhr durch Zugabe von Brennstoff in die Schmelze erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the required for maintaining the melt and the reducing operation of the melting process energy supply by adding fuel into the melt. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die abgekühlte Schlacke fein gemahlen wird.A method according to claim 4, characterized in that the cooled slag is finely ground. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der abgekühlten Schlacke bis auf eine Feinheit von mindestens 8.000 Blaine gemahlen wird.A method according to claim 7, characterized in that at least a portion of the cooled slag is ground to a fineness of at least 8,000 Blaine. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der abgekühlten Schlacke bis auf eine Feinheit von mindestens 10.000 Blaine gemahlen wird.A method according to claim 8, characterized in that at least a portion of the cooled slag is ground to a fineness of at least 10,000 Blaine. Verfahren zur Herstellung von Zement, der als Bestandteile mindestens Klinker und Hüttensand enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des verwendeten Hüttensandes ein nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellter Hüttensand ist, wobei zumindest ein Anteil der abgekühlten Schlacke bis auf eine Feinheit von mindestens 8.000 Blaine gemahlen wird.Process for the production of cement which contains at least clinker and blastfurnace slag as constituents, characterized in that at least a portion of the slag sand used is a slag sand produced by the process according to claim 1, wherein at least a portion of the cooled slag is reduced to a fineness of at least 8,000 Blaine is ground. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der abgekühlten Schlacke bis auf eine Feinheit von mindestens 10.000 Blaine gemahlen wird.A method according to claim 10, characterized in that at least a portion of the cooled slag is ground to a fineness of at least 10,000 Blaine. Anlage zur Herstellung von Hüttensand, gekennzeichnet durch a) eine Einrichtung (1, 2) zur Vorwärmung und Vorcalcination von schlackenbildendem, feinkörnigen Rohmaterial, b) einen reduzierend betriebenen Schmelzreaktor (3) mit metallischer Schmelze (9), c) eine Einrichtung, die der metallischen Schmelze (9) als Rohmaterial in erster Linie nicht Eisenerz, sondern das vorgewärmte und vorcalcinierte schlackenbildende feinkörnige Rohmaterial (Pfeil 8) zuführt, d) eine Einrichtung zum Abzug der Schlacke (17) aus dem Schmelzreaktor (3), wobei die metallische Schmelze (9) im Schmelzreaktor (3) zurückbleibt und eventuell auftretende kleinere Schmelzverluste oder Schmelzüberschüsse durch geeignete Materialzufuhr bzw. -abfuhr ausgeglichen werden, e) eine Einrichtung (4) zur raschen Abkühlung der abgezogenen Schlacke (Pfeil 18) zur Erreichung des amorphen Zustandes, f) eine Einrichtung (5) zur Feinmahlung der abgekühlten Schlacke (Pfeil 20). Plant for the production of granulated blastfurnace, characterized by a) a device ( 1 . 2 ) for preheating and precalcination of slag-forming, fine-grained raw material, b) a reducing-operated melt reactor ( 3 ) with metallic melt ( 9 ), c) a device, the metallic melt ( 9 ) as raw material not primarily iron ore, but the preheated and precalcined slag-forming fine-grained raw material (arrow 8th ), d) a facility for extracting slag ( 17 ) from the smelting reactor ( 3 ), wherein the metallic melt ( 9 ) in the smelting reactor ( 3 ) and any smaller melt losses or excesses of melt which may occur are compensated for by appropriate supply or removal of the material, (e) a device ( 4 ) for rapid cooling of the withdrawn slag (arrow 18 ) to achieve the amorphous state, f) a device ( 5 ) for the fine grinding of the cooled slag (arrow 20 ).
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