DE10326952B4

DE10326952B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Granulation flüssiger Schlacken

Info

Publication number: DE10326952B4
Application number: DE2003126952
Authority: DE
Inventors: Leonid Yerihemzon-Logvynskyi
Original assignee: Yerihemzon-Logvynskyi Leonid Dr
Current assignee: Yerihemzon-Logvynskyi Leonid Dr
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: DE10326952A1

Abstract

Verfahren zur Granulation flüssiger Schlacken (20), insbesondere Hochofen- und Stahlwerksschlacken, unter Verwendung von Wasser und Gas,
gekennzeichnet durch
einen ersten Schritt, in dem eine Nebelströmung (22) mit in Gas zerstäubtem Wasser erzeugt wird und mit einfacher bis anderthalbfacher Schallgeschwindigkeit aus mindestens einer Einspritzdüse (4) austritt,
einen zweiten Schritt, bei dem die Nebelströmung (22) in einem Granulierbereich (24) gegen einen Strom der flüssigen Schlacke (20) geleitet wird, wobei beim Auftreffen der Nebelströmung (22) auf die flüssige Schlacke (20) im Granulierbereich (24) eine Geschwindigkeit der Nebelströmung (22) 220 m/sec nicht unterschreitet, und
einen dritten Schritt, in dem ein sich im zweiten Schritt bildendes Granulat (26) schwebend in der entstandenen Gas-Dampfströmung fortgetrieben, abgekühlt und in Abhängigkeit seiner Dichte in verschiedenen Auffangbereichen (8, 9) gesammelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Granulation flüssiger Schlacken, insbesondere Hochofen- und Stahlwerksschlacken, unter Verwendung von Wasser und Gas sowie eine Granuliervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bekannte Verfahren zur Granulation flüssiger Hochofenschlacken mittels Wasser erfordern große Wassermengen und Wasserabkühlungs-, Wasserkreislauf-, Entwässerungs- und Gasreinigungssysteme. Vorrichtungen zum Durchführen dieser Verfahren erfordern hohe Investitionen und verursachen hohe Betriebskosten. Der mittels dieser Verfahren produzierte Schlackensand weist einen hohen Wassergehalt auf.

Die deutsche Patentschrift DE 33 17 893 C2 offenbart eine Vorrichtung, bei der die Granulation mittels einer Drehtrommel realisiert wird. Bei dieser Vorrichtung ist die Menge des verwendeten Wassers begrenzt. Der erzeugte Schlackensand weist aber einen hohen Wassergehalt und viele Faserteilchen auf.

In der Dissertation von K.-H. Lindner mit dem Titel "Abwärmenutzung metallurgischer Schlacken" (RWTH Aachen, 1986, S. 25 bis 35) beschreibt der Autor Verfahren und Vorrichtungen zur Granulation flüssiger Stahlwerks- und Hochofenschlacken mittels Luft.

Die deutschen Offenlegungsschriften DE 34 16 396 A1 , DE 43 27 124 A1 und DE 196 32 698 A1 sowie die deutsche Patentschrift 100 23 074 C1 und die europäische Offenlegungsschrift EP 0 131 668 A1 offenbaren verschiedene Verfahren und Vorrichtungen, bei der die Granulation der Schlacken mittels Luft bewerkstelligt wird. Die Granulation mittels Luft ist allerdings nicht geeignet, die große Schlackenschmelzewärme schnell abzuführen, so dass die Qualität des Granulats sinkt, was sich beispielsweise in der Bildung von Kristallen und Faserteilchen niederschlägt. Des weiteren weisen die Verfahren und Vorrichtung einen hohen Energieverbrauch auf.

Die US-Patentschrift 3 243 273 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glaskugeln aus einer Glasschmelze unter Zuhilfenahme von Wasser und Luft. Das Verfahren sieht vor, dass die aus dem Ofen strömende Glasschmelze mittels Luft- und Wasser-Strahlen zerrissen wird und in Form von glühenden Glaskugeln auf dem Boden der Vorrichtung abkühlt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe es möglich ist, Schlacke aus dem flüssigen Zustand in einen Zustand zu überführen, in dem die Schlacke als trockener, feiner, glasiger Schlackensand mit guter Mahlfähigkeit vorliegt.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren zur Granulation flüssiger Schlacken, insbesondere Hochofen- und Stahlwerksschlacken, unter Verwendung von Wasser und Gas vorgesehen, bei dem in einem ersten Schritt eine Nebelströmung mit im Gas zerstäubten Wasser erzeugt wird und mit einfacher bis anderthalbfacher Schallgeschwindigkeit aus mindestens einer Einspritzdüse austritt, in einem zweiten Schritt die Nebelströmung gegen einen Strom der flüssigen Schlacke in einem Granulierbereich geleitet wird, wobei beim Auftreffen der Nebelströmung auf die flüssige Schlacke eine Geschwindigkeit der Nebelströmung 220 m/s nicht unterschreitet, und in einem dritten Schritt das im zweiten Schritt erzeugte Granulat schwebend in der entstandenen Gas-Dampfströmung fortgetrieben, abgekühlt und in Abhängigkeit seiner Dichte in verschiedenen Auffangbereichen gesammelt wird.

Die Schlacke kann beispielsweise unmittelbar aus dem Ofen zu einer mit diesem Verfahren arbeitenden Granulierungseinrichtung geleitet werden oder aber auch mittels Transportbehältern zur Granulierungseinrichtung gebracht werden. Bezüglich der eigentlichen Granulation haben die der Erfindung zugrundeliegenden Forschungen und Prüfungen ergeben, dass infolge von gleichzeitig auftretenden Stoß- und Temperatur spannungen in der Schlacke eine schockartige Granulation der Schlackenschmelze bewirkt wird. Bei dem Aufprall entsteht augenblicklich ein Granulat aus einzelnen, feinsten bis etwas 800°C abgekühlten Schlacketeilchen, welche im Gas-Dampf-Gemisch fortgetrieben und abgekühlt werden. Die Entstehung von Faserteilchen wird durch das Verfahren vermieden. Aufgrund ihrer verschiedenen Dichte werden beispielsweise trockener Schlackensand und Eisengranulat nach der schockartigen Granulation verschieden weit vom Ort der Granulation fortgetrieben. Durch das Vorsehen verschiedener Auffangbereiche, die so angeordnet sind, dass die verschiedenen Bestandteile des Granulats in jeweils einem eigenen Auffangbereich landen, entfällt eine nachträgliche Separierung des Granulats. Durch die hohe Geschwindigkeit der ausströmenden Nebelströmung wird erreicht, dass auch noch in einem gewissen Abstand von der Einspritzdüse die für die schockartige Granulation benötigte Geschwindigkeit des Nebelstroms von 220 m/s erzielt wird. Besonders zweckmäßig sind Geschwindigkeiten zwischen einfacher und anderthalbfacher Schallgeschwindigkeit. Auf dem Verfahren basierende Granuliervorrichtungen zeichnen sich durch ein hohes Maß an Umweltfreundlichkeit aus, da kein Schwefelwasserstoff und kaum Schwefeldioxid entsteht. Darüber hinaus ist das Verfahren verglichen mit den heute üblichen Verfahren bzgl. der erforderlichen Investitionen und Betriebskosten vorteilhaft.

In einer Weiterbildung der Erfindung liegt eine Wärmestromdichte im Bereich des Auftreffens der Nebelströmung auf den Schlackestrom im Bereich von 10 MW/m² und ein entstandenes Granulat wird augenblicklich bis ca. 800°C abgekühlt.

Durch einen solchen Wärmestrom ist es möglich, der Schlacke eine große Wärmemenge augenblicklich zu entziehen. Die Wärmestromdichte von 10 MW/m² wird durch das Verdampfen des Wassers der Nebelströmung erreicht.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Temperatur eines sich im Granulierbereich einstellenden Gas-Dampf-Gemisches mittels eines insbesondere im Absaugkanal angeordneten Temperatursensors erfasst.

Die ermittelte Temperatur kann beispielsweise genutzt werden, um zu erkennen, ob und wie sich der Strom und die Temperatur der in die Granulierkammer geführten Schlacke verändern, und um den Granulierungsvorgang zu regeln

In einer Weiterbildung der Erfindung wird im zweiten Schritt zusätzlich Luft im Granulierbereich der Schlacke und zerstäubtes Wasser in der Abkühlzone zugeführt.

Dieses zusätzliche Wasser sowie diese zusätzliche Luft unterstützen den Granulierungs- und Abkühlungsvorgang. Das Wasser kann dabei beispielsweise über Wasserzerstäuber in die Granulierkammer eingesprüht werden. Die zusätzlich zugeführte Luft kann beispielsweise Außenluft sein, die ohne hohen Druck der Granulierkammer über eine dafür vorgesehene Öffnung zugeführt wird, die in unmittelbarer Nähe zur Einspritzdüse der Nebelströmung angeordnet ist. So kann erreicht werden, dass das Ansaugen der Außenluft mittels der Nebelströmung erzielt wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Zuführung von zusätzlicher Luft und zusätzlichem Wasser in Abhängigkeit der Temperatur im Granulierbereich geregelt.

Auf diese Art und Weise kann einer steigenden Temperatur in der Granulationskammer, die Folge einer erhöhten Menge oder einer erhöhten Temperatur der Schlacke ist, entgegengewirkt werden, indem durch die zusätzliche Luft und das zusätzliche Wasser die Abkühlleitsung in der Granulierkammer erhöht wird. Bei sinkender Temperatur, die ein Zeichen für eine geringere Temperatur der Schlacke oder eine geringere Schlackemenge ist, kann diese Luftzuführung bzw. die Wasserzuführung reduziert werden oder unterbleiben. Eine solche Regelung gestattet es also, in Abhängigkeit der von der Schlackemenge und der Schlacketemperatur hervorgerufenen Temperatur im Granulierbereich die zugeführte Luft- und Wassermenge anzupassen. Dies ist sowohl unter ökonomischen als auch unter ökologischen Gesichtspunkten sinnvoll.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Nebelströmung in der Einspritzdüse durch die Zusammenführung von unter hohem Druck stehendem Gas und unter hohem Druck stehendem Wasser gebildet, wobei der Druck des Wassers höher ist als der Druck des Gases.

Die Einspritzdüse sorgt dafür, dass die Nebelströmung in hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise mit einfacher bis anderthalbfacher Schallgeschwindigkeit in die Granulierkammer gelangt. Durch den hohen Druck des Gases und dem höheren Druck des Wassers wird das Wasser im Gas fein zerstäubt, so dass sich der gewünschte Nebel einstellt. Durch Variieren des Gasdrucks und des Wasserdrucks kann Einfluss auf die Korngröße des erzeugenden Granulats genommen werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Nebelströmung durch Zusammenführung von Gas unter einem Druck von 3 bar bis 5 bar und Wasser unter einem Druck von 4,5 bar bis 6,5 bar erzeugt.

In einer Weiterbildung der Erfindung liegt die Temperatur der Nebelströmung beim Austreten aus der Einspritzdüse unter 0°C.

Eine tiefe Temperatur ist besonders geeignet für ein schockartiges Entziehen der Schlackenschmelzewärme. Die geringe Temperatur begüns tigt darüber hinaus Temperaturspannungen und bewirkt somit ein besonders feines Schlackengranulat.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist das Gas Luft.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist das Gas Stickstoff.

Die Verwendung von Stickstoff als Gas der Nebelströmung führt dazu, dass das Verfahren besonders umweltfreundlich ist, weil es nicht zu einer Bildung des sehr schädlichen Schwefelwasserstoffs und zu einer geringeren Bildung von Schwefeldioxid kommt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Wasser der Nebelströmung ein Blähmittel oder Gasbildner beigemengt.

Durch die Beimengung dieses Blähmittels oder Gasbildners wird erreicht, dass ein poriges Granulat erzeugt wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ebenfalls durch eine Granuliervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Granulierkammer und einer Schlackenrinne erfüllt, wobei die Granuliervorrichtung mindestens eine Einspritzdüse aufweist, die aus einem Druckwasserrohr und einem Druckgasrohr gespeist wird und die so angeordnet ist, dass eine aus der Einspritzdüse austretende Nebelströmung auf einen der mittels der Schlackenrinne in die Granulierkammer geführten Schlackenstrom trifft, wobei in einem unteren Bereich der Granulierkammer mindestens zwei voneinander getrennte Auffangbereiche vorgesehen sind, die zumindest teilweise fluchtend zu der aus der mindestens einen Einspritzdüse austretenden Nebelströmung und in unterschiedlichem Abstand zu der mindestens einen Einspritzdüse angeordnet sind.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Schlackenrinne so angebracht ist, dass die Schlacke vom Ende der Schlackenrinne in Richtung des Bodens der Granulierkammer stürzt. Die Einspritzdüse sollte so angeordnet und ausgerichtet sein, dass die aus ihr austretende Nebelströmung auf diese stürzende Schlacke trifft. Der Abstand zwischen der Einspritzdüse und der stürzenden Schlacke ist dabei so zu bemessen, dass die erforderliche Mindestgeschwindigkeit der Nebelströmung beim Auftreffen auf die Schlacke von 220 m/s nicht unterschritten wird. Möglich wäre beispielsweise eine Anordnung, die einen Abstand von 15 cm vorsieht, wobei bei einer Austrittsgeschwindigkeit der Nebelströmung von 330 m/s eine Auftreffgeschwindigkeit der Nebelströmung auf die Schlacke von 220 m/s gewährleistet ist. Das Wasser der Nebelströmung, die auf die flüssige Schlacke trifft, verdampft im Moment des Auftreffens augenblicklich und zerreißt dabei die Schlacke in ein feines Granulat mit einer Temperatur von ca. 800°C. Bei großen Schlackemengen ist die Verwendung von mehreren Einspritzdüsen zweckmäßig. Die getrennten Auffangbereiche erlauben eine Separierung des entstehenden Granulats in Anteile verschiedener Dichte während des Granuliervorganges. Die Schlacke, die beim Aufprall der Nebelströmung durch das augenblickliche Verdampfen des Wassers in feinste Teile zerrissen wird, wird durch die Strömung des Gas-Dampf-Gemisches verschieden weit vom Ort des Granulierungsvorgangs abgetrieben und abgekühlt. Jene Bestandteile des Granulats, die eine höhere Dichte aufweisen, fallen schneller und damit in geringerem Abstand zum Ort des Granulierungsvorgangs auf den Boden der Granulierkammer. Die Bestandteile geringerer Dichte werden hingegen weiter getrieben und erreichen den Boden der Granulierkammer in einem größeren Abstand zum Ort des Granuliervorgangs. Durch das Vorsehen verschiedener Auffangbereiche kann somit eine nachträgliche Separierung der verschiedenen Bestandteile des Granulats entfallen.

In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt ein Anströmungswinkel zwischen einer Senkrechten auf der herabstürzenden Schlacke und der Nebelströmung ca. 10° bis 15°.

In einer Weiterbildung der Erfindung mündet im Bereich der mindestens einen Einspritzdüse mindestens ein Luftkanal zur Zuführung von zusätzlicher Außenluft.

Dieser Luftkanal zur Zuführung von zusätzlicher Außenluft erlaubt es, die Vorrichtung in einem breiten Bereich von Schlackeströmen zu verwenden. Durch die Anordnung des entsprechenden Luftkanals im Bereich der mindestens einen Einspritzdüse wird erreicht, dass Außenluft von der Nebelströmung in die Granulierkammer gesaugt wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Abkühlzone (28) mindestens ein Wasserzerstäuber zur Zuführung von zusätzlichem Wasser vorgesehen.

Der mindestens eine Wasserzerstäuber sollte so angeordnet sein, dass er Wasser im Abkühlbereich der Granulierkammer in das Gas-Dampf-Gemisch zerstäuben kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Granulierkammer oder einem Auslassbereich der Granulierkammer ein Temperatursensor vorgesehen und es sind Mittel vorgesehen, mittels derer in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur Außenluft durch den mindestens einen Luftkanal und Wasser durch den mindestens einen Wasserzerstäuber zuführbar ist.

Dadurch kann auf veränderte Parameter, insbesondere die Wärme und die Menge der flüssigen Schlacke, durch die Granuliervorrichtung rea giert werden. Wenn die gemessene Temperatur oberhalb eines Sollwertes ist, kann durch Zuführen weiteren Wassers und weiterer Luft der Ab kühlvorgang unterstützt werden. Bei geringeren Schlacketemperaturen oder -mengen kann die Zuführung weiterer Luft oder weiteren Wassers im Sinne eines besonders umweltfreundlichen Verfahrens reduziert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Granuliervorrichtung mindestens eine Zusatzkühleinrichtung auf, mittels derer die Auffangbereiche zumindest teilweise gekühlt werden können.

Diese Zusatzkühleinrichtungen ermöglichen es, das unmittelbar nach dem Granuliervorgang noch heiße Granulat zu kühlen, so dass dieses schneller handhabbar ist und aus den Auffangbereichen entfernt werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Granuliervorrichtung um den Umfang der Einspritzdüse angeordnete Röhren oder Rillen auf, mittels derer das unter Druck stehende Wasser innerhalb der Einspritzdüse dem Gasstrom zugeführt wird und darin zerstäubt wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Einspritzdüse so ausgebildet, dass das Wasser mit dem Gas vor einem Überschallbereich der Düse zusammengeführt wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Granuliervorrichtung.

Die Granuliervorrichtung weist eine Granulierkammer 3 auf, die über zwei voneinander getrennte Auffangbereiche 8, 9 verfügt. Auf der in der Figur linken Seite der dargestellten Granuliereinrichtung ist eine Schlackenrinne 1 dargestellt, die in die Granulierkammer 3 mündet. Unmittel bar unter der Schlackenrinne ist eine Einspritzdüse 4 vorgesehen, welche aus einem Druckwasserrohr 5 sowie einem Druckluftrohr 6 gespeist wird. Unterhalb der Einspritzdüse ist in der Außenwand der Granulierkammer eine Öffnung 7 vorgesehen, die mit einem Außenluftkanal 16 verbunden ist. Darüber hinaus sind in der Granulierkammer noch zwei Wasserzerstäuber 11 vorgesehen, die über Druckwasserrohre 5 mit Wasser gespeist werden. Am Außenluftkanal 16 und den Druckwasserrohren 5, die zu den Wasserzerstäubern 11 führen, sind jeweils Steuerventile 13 vorgesehen. Auf der in der Figur rechten Seite der Granuliereinrichtung ist eine Absaugvorrichtung 14 angeordnet, die über einen Absaugkanal 18 mit der Granulierkammer 3 verbunden ist. Im Bereich des Absaugkanals 18 ist darüber hinaus ein Temperatursensor 12 vorgesehen.
Durch die Schlackenrinne 1 gelangt die flüssige Schlacke 20 in die Granulierkammer 3. Vom Ende der Schlackenrinne 1 aus stürzt die flüssige Schlacke 20 Richtung Boden der Granulierkammer 3. Die Einspritzdüse 4 wird von Wasser aus dem Druckwasserrohr 5 und von Luft aus dem Druckluftrohr 6 gespeist. Der sich ergebenden Nebel wird als Nebelströmung 22 mit hoher Geschwindigkeit in die Granulierkammer 3 gedrückt. In einem Granulierbereich 24 trifft die Nebelströmung 22 auf die herabstürzende Schlacke 20. Dort verdampft das Wasser der Nebelströmung 22 augenblicklich und führt dabei zu einem Zerreißen der Schlacke 20 in ein Granulat 26 aus einzelnen feinsten Teilchen mit einer Temperatur von etwa 800°C. Diese werden von dem Gas-Dampf-Gemisch vom Granulierbereich 24 aus in Richtung der Auffangbereiche 8, 9 weitergetragen. In Abhängigkeit der Dichte fällt dieses Granulat 26 in unterschiedlichem Abstand zum Granulierbereich 24 zu Boden, so dass es sich auf die beiden Auffangbereiche 8 und 9 verteilt. In dem ersten Auffangbereich 8 sammelt sich der erste Bestandteil 26a des Granulats 26 mit der höheren Dichte. Im zweiten Auffangbereich 9 sammelt sich der Bestandteil 26b des Granulats 26 mit der geringeren Dichte. Die beiden Auffangbereiche 8, 9 werden jeweils durch Zusatzkühleinrichtungen 17 gekühlt, so dass das heiße Granulat 26 an Temperatur verliert. Beide Auffangbereiche 8,9 verfügen über eine Klappe 10, mittels derer das Granulat 26 auch im Betrieb der Granuliereinrichtungen aus den Auffangbereichen 8, 9 entfernt werden kann.
Das Luft-Dampf-Gemisch wird durch den Absaugkanal 18 aus der Granulierkammer 3 herausgeführt. Dabei wird die Temperatur mittels des Temperatursensors 12 gemessen. Ist diese Temperatur zu hoch, so ist das ein Zeichen für einen großen oder sehr heißen Schlackestrom 20. In einem solchen Fall kann der Granulier- und Abkühlvorgang durch Zuführen weiterer Luft durch die Öffnung 7 und die Zuführung weiteren Wassers über die Wasserzerstäuber 11 erreicht werden. Zu diesem Zweck werden die jeweiligen Steuerventile 13 in Abhängigkeit der beim Temperatursensor 12 gemessenen Temperatur geöffnet.
Im folgenden soll das Verfahren und die Verfahrensparameter anhand zweier Beispiele näher erläutert werden.
Die chemische Zusammensetzung von Hochofenschlacke, die über die Schlackenrinne 1 in die Granulierkammer geführt wird, weist 48,2% CaO, 37% SiO₂, 6,8% Al₂O₃, 2,5% MgO, 1,3% MnO, 1,5% Fe₂O₃ und 1,3% S auf. Die Temperatur der flüssigen Schlacke beträgt 1450°C und der Schlackenstrom beträgt 2 t/min. Die Absaugeinrichtung 14 weist eine Leistung von 2000 m³/h und einen Unterdruck von 80 mb auf. Die Nebelströmung verlässt die Einspritzdüse 4 mit einer Geschwindigkeit von 330 m/s und weist eine Temperatur unter 0°C auf. Auf Normaldruck von 1013 bar bezogen, besteht die Nebelströmung je Tonne flüssiger Schlacke aus 80 m³ Luft und 0,5 m³ Wasser. In der Einspritzdüse wird die mit einem Luftdruck von 3,5 bar zugeführte Luft mit und das mit einem Wasserdruck von 5 bar zugeführte Wasser vermengt. Nach dem Austreten aus der Einspritzdüse prallt diese Nebelströmung nach etwa 15 cm auf die flüssige Schlacke. Zusätzlich zu der Nebelströmung gelangen je Tonne flüssiger Schlacke noch etwa 130 m³ Luft durch die Öffnung 7 in die Granulierkammer. Die flüssige Schlacke wird zu einem Granulat zerrissen und von der Luft-Dampf-Strömung in Richtung der Austrittssammler 8, 9 befördert. In einer Abkühlzone 28 wird zusätzlich Wasser durch die Wasserzerstäuber 11 fein zerstäubt. Sowohl die durch die Öffnung 7 eingesaugte Außenluftmenge als auch das durch die Wasserzerstäuber 11 in die Granulierkammer eingebrachte Wassermenge werden dahingehend geregelt, dass im Bereich des Ausgangskanals eine konstante Temperatur von 93°C herrscht. Unter diesen genannten Parametern kommt es zu einer Trennung der Schlacke in zwei Bestandteile. Bei dem ersten Bestandteil, der sich im Auffangbereich 8 sammelt, handelt es sich um Roheisenteilchen, die mengenmäßig in etwa 5% des Granulats ausmachen. Im Auffangbereich 9 sammelt sich der zweite Bestandteil des Granulats. Dabei handelt es sich um sphärischen Schlackensand mit einer Temperatur von etwa 70°C, der eine Feuchtigkeit von 0,2%, einen mittleren Korndurchmesser von 0,5 mm, eine Schüttdichte von 1,25 g/cm³ und eine Glasigkeit von 99,7% aufweist.
Beim zweiten Beispiel handelt es sich um die Granulation von Stahlwerksschlacke. Die chemische Zusammensetzung dieser Schlacke beträgt 29% CaO, 24% SiO₂, 6% Al₂O₃, 18% FeO, 3% Fe₂O₃, 12% MgO, 5% MnO und 1,5% P₂O₅. Die Temperatur der flüssigen Schlacke beträgt in der Schlackenrinne 1550°C. Der Schlackestrom beträgt 1t/min. Die Nebelströmung wird aus Luft mit einem Luftdruck von 4 bar und Wasser mit einem Wasserdruck von 5,5 bar erzeugt. Je Tonne flüssiger Schlacke beträgt in die für die Erzeugung des Nebels notwendige Luftmenge 100 m³ und die Wassermenge je 0,6 m³. Darüber hinaus werden von der Öffnung 7 je Tonne flüssiger Schlacke etwa 140 m³ Luft der Granulierkammer zugeführt. In der Abkühlungszone 28 der Granulierkammer 3 werden zusätzlich 0,2 m³ Wasser je Tonne flüssiger Schlacke fein zer stäubt. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit diesen Parametern wird wiederum ein Schlackengranulat erzeugt, welches sich in zwei Bestandteile teilt, die in den beiden unterschiedlichen Auffangbereichen aufgenommen werden. Ca. 20% des Granulats ist Eisengranulat, das sich im Auffangbereich 8 sammelt. Das Eisengranulat weist eine mittlere Korngröße von 1,1 mm auf. Im zweiten Auffangbereich 9 sammelt sich Schlackengranulat, welches eine mittlere Korngröße von 0,8 mm und eine Schüttdichte von 1,33 g/cm³ aufweist. Die Feuchtigkeit beider Bestandteile beträgt 0%. Bei der Durchführung des Verfahrens mit den genannten Parametern kommt es weder zu Faserteilchenbildung noch zur Dampfkondensation. Es besteht keine Explosionsgefahr.

Claims

Verfahren zur Granulation flüssiger Schlacken (20), insbesondere Hochofen- und Stahlwerksschlacken, unter Verwendung von Wasser und Gas, gekennzeichnet durch einen ersten Schritt, in dem eine Nebelströmung (22) mit in Gas zerstäubtem Wasser erzeugt wird und mit einfacher bis anderthalbfacher Schallgeschwindigkeit aus mindestens einer Einspritzdüse (4) austritt, einen zweiten Schritt, bei dem die Nebelströmung (22) in einem Granulierbereich (24) gegen einen Strom der flüssigen Schlacke (20) geleitet wird, wobei beim Auftreffen der Nebelströmung (22) auf die flüssige Schlacke (20) im Granulierbereich (24) eine Geschwindigkeit der Nebelströmung (22) 220 m/sec nicht unterschreitet, und einen dritten Schritt, in dem ein sich im zweiten Schritt bildendes Granulat (26) schwebend in der entstandenen Gas-Dampfströmung fortgetrieben, abgekühlt und in Abhängigkeit seiner Dichte in verschiedenen Auffangbereichen (8, 9) gesammelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmestromdichte im Bereich des Auftreffens der Nebelströmung (22) auf den Schlackestrom (20) im Bereich von 10 MW/m² liegt und das entstehendes Granulat (26) augenblicklich bis etwa 800°C abgekühlt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur eines sich im Granulierbereich (26) einstellenden Gas-Dampf-Gemisches mittels eines insbesondere im Absaugkanal (18) angeordneten Temperatursensors (12) erfasst wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt zusätzlich Luft im Granulierbereich (26) der Schlacke (20) und zerstäubtes Wasser in der Abkühlzone (28) zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von zusätzlicher Luft und zusätzlichem Wasser in Abhängigkeit der Temperatur im Granulierbereich (26) geregelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebelströmung (22) in der Einspritzdüse (4) oder im Bereich vor der Einspritzdüse (4) durch die Zusammenführung von unter hohem Druck stehendem Gas und unter hohem Druck stehenden Wasser gebildet wird, wobei der Druck des Wassers höher ist als der Druck des Gases.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebelströmung (22) durch Zusammenführung von Gas unter einem Druck von 3 bar bis 5 bar und Wasser unter einem Druck von 4,5 bar bis 6,5 bar erzeugt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Nebelströmung (22) beim Austreten aus der Einspritzdüse (20) unter 0°C liegt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Stickstoff ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser der Nebelströmung (22) ein Blähmittel oder Gasbildner beigemengt ist.
Granuliervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Granulierkammer (3) und einer Schlackenrinne (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Granuliervorrichtung mindestens eine Einspritzdüse (4) aufweist, die aus einem Druckwasserrohr (5) und einem Druckgasrohr (6) gespeist wird und die so angeordnet ist, dass eine aus der Einspritzdüse (4) austretende Nebelströmung (22) auf die mittels der Schlackenrinne (1) in die Granulierkammer (3) geführte Schlacke (20) trifft, und dass in einem unteren Bereich der Granulierkammer (3) mindestens zwei voneinander getrennte Auffangbereiche (8, 9) vorgesehen sind, die zumindest teilweise fluchtend zu der aus der mindestens einen Einspritzdüse (4) austretenden Nebelströmung (22) und in unterschiedlichem Abstand zu der mindestens einen Einspritzdüse (4) angeordnet sind.
Granuliervorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anströmungswinkel zwischen einer Senkrechten auf der herabstürzenden Schlacke und der Nebelströmung ca. 10° bis 15° beträgt.
Granuliervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der mindestens einen Einspritzdüse (4) mindestens ein Luftkanal (16) zur Zuführung von zusätzlicher Außenluft in die Granulierkammer (3) mündet.
Granuliervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Granulierkammer mindestens ein Wasserzerstäuber (11) zur Zuführung von zusätzlichem Wasser in der Abkühlzone (28) vorgesehen ist.
Granuliervorrichtung gemäß einem der Anspruche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Granulierkammer (3) oder einem Auslassbereich der Granulierkammer (3) ein Temperatursensor (12) vorgesehen ist und Mit tel (13) vorgesehen sind, mittels derer in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur Außenluft durch den mindestens einen Luftkanal (16) und Wasser durch den mindestens einen Wasserzerstäuber (11) zuführbar ist.
Granuliervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch mindestens eine Zusatzkühleinrichtung (17), mittels derer die Auffangbereiche (8, 9) zumindest teilweise gekühlt werden können.
Granuliervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch um den Umfang der Einspritzdüse (4) angeordnete Röhren oder Rillen, mittels derer das unter Druck stehende Wasser innerhalb der Einspritzdüse (4) dem Gasstrom zugeführt und darin zerstäubt wird.
Granuliervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse so ausgebildet ist, dass das Wasser mit dem Gas vor einem Überschallbereich der Düse zusammengeführt wird.