DE102023105075A1

DE102023105075A1 - Einsatz von Gießereialtsand zur Herstellung einer raumstabilen Stahlwerksschlacke

Info

Publication number: DE102023105075A1
Application number: DE102023105075.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Dohlen
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Millservices and Systems GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Millservices and Systems GmbH
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2023-03-01
Publication date: 2023-09-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von raumstabiler Schlacke, wobei das raumstabile Schlackenerzeugnis durch Einblasen von Sand und Sauerstoff in flüssige LD-Schlacke erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Sand ein Gießereialtsand verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von LD-Schlacke in ein raumstabiles Produkt, welches dadurch beispielsweise als Gesteinskörnung im Straßenbau, insbesondere für die Asphaltdeckschicht, oder bei der Herstellung von Beton eingesetzt werden kann.
Aus der Veröffentlichung Dohlen, M., Schrey, H. und Surges, H.-G., LiDonit - Erfahrung aus drei Jahrzehnten vom Straßenbau bis zur Kunst, 2016, In Max Aicher Unternehmensgruppe (Hrsg.): Schlacken-Symposium 2016 - Kreislaufwirtschaft stabil weiterentwickeln, S. 29-40 sind Verwendungen von Schlackeerzeugnissen bekannt. LD-Schlacke entsteht bei der Stahlerzeugung nach dem Linz-Donawitz-Verfahren, auch Blasstahlverfahren oder LD-Konverterverfahren, genannt. Diese LD-Schlacke enthält noch freies Calciumoxid und/oder freies Magnesiumoxid, sodass es bei Wasserzutritt zu einer Hydratisierung und damit zu einer Volumenvergrößerung kommen kann. Daher wird in die flüssige, aus dem Stahlprozess kommende LD-Schlacke Quarzsand und Sauerstoff eingeblasen, wobei etwa 10 bis 15 Gew.-% der Rohschlacke an Quarzsand zugeführt werden. Die Anforderungen an den Quarzsand, als SiO₂-Träger, sind hoch, da dieser weder Feuchte noch Kohlenstoff, beispielsweise in der Form von organischem Material, enthalten darf, da diese Verunreinigungen bei einer Temperatur von beispielsweise 1.500 °C während des Einblasens zu massiven Problemen führen. Daher wird für diesen Prozess hochwertiger und getrockneter Quarzsand eingesetzt. Quarzsand ist ein wertvoller primärer Rohstoff und die Trocknung kostet zusätzlich Energie. Typische Sande weisen einen Gehalt von mehr als 90 % SiO₂ auf.
Aus der WO 99/14381 A1 ist ein Verfahren zum Aufarbeiten von Stahlschlacken und Eisenträger zur Gewinnung von Roheisen und umweltverträglichen Schlacken bekannt.
Aus der FR 2 752 243 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Zuschlagstoffen aus flüssiger Stahlschlacke bekannt.
Aus der EP 0 837 043 A1 ist ein Verfahren zur Verarbeitung von Stahlschlacke bekannt.
Aus der EP 1 126 039 A1 ist ein Verfahren für die Reduktionsbehandlung flüssiger Schlacke und Filterstaubes eines elektrischen Lichtbogenofens bekannt.
Primäre Rohstoffe sind eine wertvolle und zunehmend knappe Ressource.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ersatzstoff zu finden, um den wertvollen primären Rohstoff Quarzsand zu ersetzen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch die Verwendung mit den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines raumstabilen Schlackenerzeugnisses, welches aus einer Stahlwerksschlacke insbesondere aus dem LD-Prozess hergestellt wird. Raumstabil bedeutet, dass diese nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schlacke bei der weiteren Verarbeitung, beispielsweise als Gesteinskörnung im Beton oder Asphalt oder als Unterbaumaterial für Straßen und Wege, eben nicht das Volumen, insbesondere durch Wasseraufnahme, verändert. In einem LD-Konverter oder einem Submerged Arc Furnace wird LD-Schlacke hergestellt. Hierbei wird primär beispielsweise nach dem Linz-Donawitz-Verfahren (LD-Verfahren) Stahl aus Roheisen erzeugt, wobei die Schlacke als Nebenprodukt entsteht. Bereits beim LD-Verfahren wird Sauerstoff eingebracht, hierbei ist jedoch das Ziel, beispielsweise Kohlenstoff und Silizium aus dem Roheisen umzusetzen und der Fokus liegt auf der Optimierung der Stahlqualität. Die LD-Schlacke wird aus dem LD-Konverter oder dem Submerged Arc Furnace entnommen. Anschließend wird die Schlacke in eine Schlackeverarbeitungsvorrichtung, auch Schlackenstabilisierungsanlage oder Schlackenbehandlungsanlage genannt, eingebracht. Hierbei ist die Schlacke bevorzugt noch wenigstens größtenteils flüssig. Die Schlackeverarbeitungsvorrichtung weist eine Lanze zur Einbringung von Sauerstoff in die LD-Schlacke auf. Das raumstabile Schlackenerzeugnis wird durch Einblasen von Sand und Sauerstoff in flüssige LD-Schlacke erzeugt. Durch die Trennung der Behandlung der Schlacke von der Stahlerzeugung muss in dem erfindungsgemäßen Verfahren eben nicht auf den zu erzeugenden Stahl Rücksicht genommen werden beziehungsweise muss das Verfahren eben nicht auf eine Optimierung des Stahls ausgelegt sein, sondern führt eben zu einem optimierten Schlackeerzeugnis. Sand ist im Sinne der Erfindung als SiO₂-Träger zu verstehen. Gemäß dem Stand der Technik wäre der Sand ein natürlicher Sand und somit ein primärer Rohstoff. Dieses Verfahren ist aus dem oben genannten Stand der Technik dem Fachmann bekannt. Erfindungsgemäß wird als Sand ein Gießereialtsand verwendet. Damit ist der Sand eben nicht einfach irgendein beliebiger SiO₂-Träger, sondern ein sehr konkret ausgewählter. Gießereialtsand ist ein Sand, welcher in einem Gießprozess als Form zum Metallguss verwendet wurde. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die im Gießereiprozess nicht mehr zu verwendenden, somit zu entsorgenden Gießereialtsande sich eignen, um Quarzsand als Primärrohstoff in einem Verfahren zur Herstellung raumstabiler Schlackenerzeugnisse aus LD-Schlacke zu ersetzen. Hierdurch wird zum einen der Abfall des Gießereiprozesses einer weiteren Verwendung zugeführt als auch zum anderen Primärrohstoff eingespart.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die LD-Schlacke in einem Schlackenkübel aus dem LD-Konverter oder dem Submerged Arc Furnace entnommen. Dieses Vorgehen ist üblich. Die LD-Schlacke wird dann in dem Schlackenkübel in die Schlackeverarbeitungsvorrichtung eingebracht. Beispielsweise wird der Schlackenkübel in die Schlackeverarbeitungsvorrichtung eingestellt. Bevorzugt erfolgt eine Fixierung des Schlackenkübels in der Schlackeverarbeitungsvorrichtung, um ein Kippen zu vermeiden. Hierdurch wird ein weiteres Umfüllen und damit ein weiterer Wärmeverlust der Schlacke vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird durch das Einblasen des Sandes der Freikalkgehalt auf unter 1 Gew.-% bezogen auf die Summe der Halbmetalle und Metalle eingestellt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird für das Einblasen ein Sand mit einem Siliziumanteil von 85 bis 99 Gew.-% bezogen auf die Summe der Halbmetalle und Metalle, bezogen auf den Gießereialtsand verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Sand pneumatisch gefördert. Weiter kann der Sauerstoff als Trägergas dienen und der Sand wird somit mit dem Sauerstoff durch die Lanze in die Schlacke eingebracht.
Bevorzugt wird die Lanze in den Schlackenkübel und damit in die Schlacke eingebracht. Neben dem Vermeiden einer zusätzlichen Umfüllung und des damit verbundenen Wärmeverlusts ist damit auch eine weitere Verarbeitung der Schlacke, beispielsweise eine Weiterverarbeitung zur weiteren Abkühlung und / oder Wärmerückgewinnung möglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Sand ein Wasserglas-stabilisierter Gießereialtsand verwendet. In der Gießerei können verschiedene Zusatzstoffe verwendet werden, um den Sand in der Form zu stabilisieren, bevor beziehungsweise während das Metall in die Form aus Sand gegossen wird. Eine mögliche und besonders für die weitere Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Form der Stabilisierung ist der Einsatz eines Sandes mit Wasserglas oder vergleichbaren Silicat-Verbindungen. Diese haben praktisch keinen Einfluss während des Einblasens in die LD-Schlacke und somit auch nicht auf das erfindungsgemäße Schlackenerzeugnis.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Sand ein Aluminiumgießereialtsand verwendet. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass gerade Gießereisand aus einer Aluminiumgießerei als Ersatzprodukt für natürlichen Quarzsand, wie er Stand der Technik verwendet wird, besonders geeignet ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden 65 bis 100 kg Sand pro Tonne flüssige LD-Schlacke in die flüssige LD-Schlacke eingeblasen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden 0,8 bis 1,2 Nm³ (Normkubikmeter, Kubikmeter bei Normaldruck und Temperatur) Sauerstoff pro Tonne flüssige LD-Schlacke in die flüssige LD-Schlacke eingeblasen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Gießereialtsand gesiebt. Besonders bevorzugt wird der Gießereialtsand auf eine Korngröße von 0 bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0 bis 1 mm, gesiebt. Besonders bevorzugt erfolgt das Sieben am Ort der Erzeugung des Gießereialtsandes. Hierdurch wird insbesondere eine pneumatische Förderung erleichtert und ein Verbacken während des Transports verringert oder gar vermieden. Dabei können auch Fremdstoffe aus dem Gießprozess entfernt werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Sandes zur Herstellung eines raumstabilen Schlackenerzeugnisses, dadurch gekennzeichnet, dass als Sand ein Gießereialtsand verwendet wird. Wie bereits oben ausgeführt kann dadurch auf die Verwendung von Quarzsand als Primärrohstoff verzichtet werden. Hierbei erzeugen die verwendeten Gießereialtsande eben nicht die Probleme, welche sich durch die Verwendung von anderen Sanden aus Sekundärquellen ergeben. Daher hat sich überraschend gezeigt, dass gerade Gießereialtsande zum Ersatz des wertvollen primären Rohstoffs Quarzsand geeignet sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Sand ein Wasserglas-stabilisierter Gießereialtsand verwendet. Wie bereits ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Sand ein Aluminiumgießereialtsand verwendet.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

1 Ablaufdiagramm

1 zeigt das Verfahren sehr grob schematisch. In einem ersten Bereich erfolgt der Metallguss. Zunächst wird eine Form aus Sand hergestellt 10, in diese wird dann flüssiges Metall gegossen 12 und so das Werkstück erstellt. Rein beispielhaft kann es sich um einen aus Aluminium hergestellten Motorblock handeln. Anschließend wird der Sand um das Metallerzeugnis entfernt 14 und wenn möglich teilweise im Metallgussprozess selbst wiederverwendet, also der Formherstellung 10 wieder zugeführt. Der nicht mehr als Gießereisand zu verwendende Sand wird gelagert 40. Um Sauerstoff zu erhalten wird Luft zerlegt 20 und der Sauerstoff beispielsweise optional gelagert 22.
In einem LD-Konverter 30 wird Stahl erzeugt und der Stahl über den Stahlabfluss 32 entnommen. Entsprechend wird auch die Schlacke aus dem LD-Konverter 30 entnommen und zum Einblasen 50 bereitgestellt. In die noch flüssige Schlacke wird dann Sauerstoff und Gießereialtsand eingeblasen 50. Das erzeugte raumstabile Schlackenerzeugnis wird abgekühlt 52 und zerkleinert 54.
Bezugszeichen

10: Formherstellung
12: Gießen
14: Entfernung des Gießereisandes
20: Luftzerlegung
22: Sauerstofflagerung
30: LD-Konverter
32: Stahlabfluss
40: Gießereialtsandlagerung
50: Einblasen
52: Abkühlen
54: Zerkleinern

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 9914381 A1 [0003]
FR 2752243 A1 [0004]
EP 0837043 A1 [0005]
EP 1126039 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Dohlen, M., Schrey, H. und Surges, H.-G., LiDonit - Erfahrung aus drei Jahrzehnten vom Straßenbau bis zur Kunst, 2016, In Max Aicher Unternehmensgruppe (Hrsg.): Schlacken-Symposium 2016 - Kreislaufwirtschaft stabil weiterentwickeln, S. 29-40 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines raumstabilen Schlackenerzeugnisses, wobei in einem LD-Konverter oder einem Submerged Arc Furnace LD-Schlacke hergestellt wird, wobei die LD-Schlacke aus dem LD-Konverter oder dem Submerged Arc Furnace entnommen wird, wobei die Schlacke in eine Schlackeverarbeitungsvorrichtung eingebracht wird, wobei die Schlackeverarbeitungsvorrichtung eine Lanze zur Einbringung von Sauerstoff in die LD-Schlacke aufweist, wobei das raumstabile Schlackenerzeugnis durch Einblasen von Sand und Sauerstoff in flüssige LD-Schlacke durch die Lanze erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Sand ein Gießereialtsand verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LD-Schlacke in einem Schlackenkübel aus dem LD-Konverter oder dem Submerged Arc Furnace entnommen wird, wobei die LD-Schlacke in dem Schlackenkübel in die Schlackeverarbeitungsvorrichtung eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einblasen des Sandes der Freikalkgehalt auf unter 1 Gew.-% bezogen auf die Summe der Halbmetalle und Metalle eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Einblasen ein Sand mit einem Siliziumanteil von 85 bis 99 Gew.-% bezogen auf die Summe der Halbmetalle und Metalle verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sand pneumatisch gefördert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sand ein Wasserglas-stabilisierter Gießereialtsand verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sand ein Aluminiumgießereialtsand verwendet wird.
Verwendung eines Sandes zur Herstellung eines raumstabilen Schlackenerzeugnisses nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sand ein Gießereialtsand verwendet wird.
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Sand ein Wasserglas-stabilisierter Gießereialtsand verwendet wird.
Verwendung einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Sand ein Aluminiumgießereialtsand verwendet wird.