DE1796013B2 - Verfahren zur Herstellung von Schotter für den Straßenbau aus Schlacke von Hüttenbetrieben, insbesondere aus Phosphorofenschlacke - Google Patents

Description

Die bei der Erzverhüttung, z. B. im Hochofen, bei der Roheisenveredelung oder bei der Herstellung von Phosphor aus Calciurnphosphat, Quarz und Kohle anfallenden Schlacken lassen sich verschiedenartig aufbereiten und verwenden.

Es ist bekannt, daß schmelzflüssige Schlacken mit der ungefähren Zusammensetzung des Calciummetasilikatcs (CaSiO₁ = CaO ■ SiO₂) bei rascher Abkühlung glasig erstarren, und zwar im allgemeinen um so mehr, je mehr SiO₂ sie im Vergleich zu CaO enthalten. Die Schlacke wird z. B. mit Wasser abgeschreckt oder gegen Kühlwände oder in dünnen Schichten in Gießpfannen (Kokillen) gegossen. Die so hergestellten Schlacken haben latenthydraulische Eigenschaften, d. h. sie binden mit Wasser nur langsam unter Verfestigung ab und werden daher zur Herstellung von Zementen benutzt.

Eine andere Verwendungsmöglichkeit solcher Schlacken als Schotter für den Straßenbau und den Wegebau erfordert hohe mechanische Festigkeit, die die rasch abgekühlte Schlacke nicht besitzt. Diese Festigkeit erreicht man üblicherweise durch Vergießen der Schlacke in sogenannte Tiefbetten, was durch langsames Vergießen in einem einzigen Vorgang oder zur besseren Aufbereitung auch in dünneren Einzelschichten übereinander erfolgen kann. Es sind zahlreiche Varianten bekannt, um ein glasiges Erstarren zu verhindern, z. B. durch Zusatz von Tonerde, Vergießen von Schichten mit abgestuftem CaO-SiO₂-Verhältnis ί oder Vorlegen von kristalliner, feinkörniger Schlacke als Kristallkeimbildner.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von Schotter für den Straßenbau aus Schlacke von Hüttenbetrieben, insbesondere aus Phosphorofenschlacke, durch Vergießen und Abkühlen der schmelzflüssigen Schlacke bis zu ihrer Erstarrung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die schmelzflüssige, in Formen vergossene Schlacke nur kurze Zeit, vorzugsweise zwischen 10 und 60 Minuten je nach Größe der Gießformen, in den Gießformen abkühlen läßt, bis die Oberfla'chentemperatur der nur äußerlich erhärteten Schlacke auf 200 bis 600°C, vorzugsweise 300 bis 500⁰C, abgesunken ist und dann die gesamten, im Inneren noch glühenden Schlackenstücke auskippt und bei mäßiger Isolierung mindestens 3 Stunden, vorzugsweise 6 bis 24 Stunden, je nach Stückgröße tempern läßt, und daß man schließlich die vollständig verfestigten Schlackenstücke auf normale Temperatur abkühlt und einer Brechvorrichtung zuführt.

Die vergossenen Schlackenstücke können mit einem Verhältnis von Volumen (m^J) zu Oberfläche (m²) = 0,02 bis 0,14 m, vorzugsweise 0,03 bis 0,08 m, verwendet werden.

Es kann eine Schlacke mit mindestens 70, vorzugsweise mindestens 85 Gew.-% CaO 4 SiO₂, Rest Al₂O₃, Fe₂O3, SO₄", S", PO4'", Mg und Alkalioxide, wobei das SiOi/CaO-Verhältnis 0,8 bis 1,2, vorzugsweise 0,9 bis 1,1 beträgt, verwendet werden.

Es kann gegebenenfalls eine Phosphorofenschlacke mit etwa 90 Gewichts-% CaSiO₃, 1 bis 4 Gewichts-% Al₂O₃ + Fe₂O₃, 4 bis t> Gewichts-% CaF₂, Rest Mg , SO4", S", PO4'" und Alkalioxide, verwendet werden.

Im Gegensatz zu den üblichen Verfahren zur Herstellung von Schotter für den Straßen- und Wegebau aus Schlacke wird die Schlacke erfindungsgemäß zunächst schnell abgekühlt. Zu diesem Zwecke gießt man die sehmelzflüssige Schlacke in Formen, z. B. eiserne Kokillen, die die Wärme rasch abführen und die äußere Schlackenschicht schnell verfestigen. Nach Verfestigung der äußeren Schichten wird die Schlacke aus der Form genommen und damit der schnelle Abkühlungsvorgang unterbrochen. Im Inneren ist die Schlacke infolge der schlechten Wärmeleitung dann noch gelbglühend. Die Gießformen können z. B. zwischen 0,1 und 2 m^! Inhalt haben. Dementsprechend kann die »rasche Abkühlung« der etwa 0,05 bis 2 m^J großen Schlackenstücke 5 Minuten bis 24 Stunden dauern. Im allgemeinen gießt man jedoch Schlackenstücke von nur etwa 0,1 bis 0,3 m^J, deren »rasche Abkühlung« bis auf etwa 350⁰C Oberflächentemperatur nur 10 bis 60 Minuten dauert.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird die äußerlich abgekühlte Schlacke thermisch isoliert und die dem Schlackeninneren immanente Wärme zum Wiederaufheizen der z. B. auf 300 bis 500⁰C abgekühlten Schale benutzt. Dabei bilden die in der äußeren Schicht bereits vorhandenen Kristallite die Zentren der Keimbildung für den gesamten Kern, während die schlecht kristallite sierte Schale durch den Aufheizprozeß aus dem Inneren getempert wird und besser kristallisiert. Die Kristallisation kann durch Steuerung der Abkühlungsbedingungen vom sdiabatischen l'all (vollständige Isolation der

Schlackenstücke) bis zum guten Wärmeaustausch mit der Umgebung (Kühlung der Schlackenstücke mit aufgeblasener Kaltluft oder Wasser) auf einen für die Festigkeit der Schlacke optimalen Wert gebracht werden, der für Phosphorofenschlacke dann vorliegt, wenn die Kristallite noch ungeordnet und eng verfilzt sind.

Das Verfahren kann z. B. in der Art durchgeführt werden, daß die flüssige Schlacke in Kokillen vergossen, nach der Bildung einer für das Verkippen ausreichend iu dicken äußeren Schale auf ein Transportband abgeworfen und anschließend auf Halden, die gegen zu starken Wärmeaustausch, z. B. durch Betonwände geschützt sind, gelagert wird (Beispiel 2).

Stellt man geringere Anforderungen an die Festigkeit des Schotters, so kann man das einzelne ausgekippte Schlackenstück auch einfach an der umgebendtn Luft, die in diesem Fall die einzige »thermische Isolierung« darstellt, tempern lassen (Beispiel 1).

Nach der infolge Wiederaufwärmung der äußeren Schlackenschicht eingetretenen Verfestigung des Schlackenstücks kann als dritter Verfahrensschritt mit Wasser auf eine für das Brechen günstige Temperatur abgekühlt werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens beruhen in folgendem:

Die Einrichtng ist platzsparend, da großräumige Gießbetten fortfallen; die äußerlich stark abgekühlte Schlacke kann verhältnismäßig einfach transportiert und gelagert werden. Man kann beliebig kleine in Schlackenstücke gießen, deren Aufbereitung geringe Kosten erfordert. Schließlich fällt das Schlackenstück mit hoher Dichte an.

Bei s pi el 1

In eine Eisenkokille von etwa 1300 kg Gewicht und etwa 300 Liter Inhalt wurde flüssige Phosphorofenschlacke (Zusammensetzung: 90% CaSiO₃, 3% Al₂Oj, 6% CaF2, 1% Mg und Alkalioxide) mit einer Temperatur von etwa 1350⁰C in einer Schichtdicke von etwa 15 cm eingegossen. Das Volumen der eingegossenen Schlacke betrug 0,10 m¹. die Oberfläche 1.83 m², der Quotient Volumen/Oberfläche demnach 0,035 m. Nach einer Abkühlzeit von 15 min wurde der Block, der im Inneren noch gelbglühend, an seiner Oberfläche jedoch auf 35O°C abgekühlt war. ausgekippt und an der Luft weiter abgekühlt.

Hierbei heizte sich tue Oberfläche des Schlackenstükkes wieder auf. Der Teinperungsvor gang unter vollständiger Verfestigung d;:s Blockes dauerte etwa 5 Stunden.. Die Oberflächentemperatur betrug jetzt noch etwa 150"C. Durch Abspritzen mit Wasser wurde der Block auf etwa 30⁰C abgekühlt und gebrochen. Die Untersuchung ergab ein Raummetergewicht von 1,28 t/m¹ nach dem Brechen; die Schlagfestigkeit nach DIN 52 109 lag mit 28,2 Gewichts-% Korn unter 10 mm in dem für »Mineralbeton« gellenden Bereich.

Beispiel 2

In Eisenkokillen obiger Art, die mit einer Schienentiegelbahn am Schlackenauslauf vorbeigefahren wurden, wurde flüssige Phosphorofenschlacke obiger Zusammensetzung mit einer Temperatur von I32O°C in etwa 15 cm hohen Schichten eingegossen. Nach einer Abkühlzeit von 20 min wurden die äußerlich auf etwa 350°C erkalteten Schlackenblöcke in eine allseitig geschlossene Grube gekippt. Sie wurden nach dem Abkippen durch die Aufheizung von innen nach außen hellrotglühend. Nach etwa 15 Stunden war die Temperung beendet und die Blöcke waren vollständig verfestigt. Nach dem Erkalten und Brechen ergab eine Durchschnittsprobe ein Raummetergewicht von 1,34 t/m³ und eine Schlagfestigkeit nach DIN 52 109 von 20,5 Gewichts-% Korn unter IO mm. Infolge der im Vergleich zu Beispiel 1 sehr viel höheren Schlagfestigkeit erfüllt die Stückschlacke sogar die Anforderungen der DIN-Vorschrift 52 109. Die höhere Schlagfestigkeit ist auf die längere Temperzeit zurückzuführen, welche ihrerseits wieder eine Folge der besseren thermischen Isolierung, d. h. geringeren Wänneabstrahlung der in der Grube aufeinandergekippten Blöcke ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schotter für den Straßenbau aus Schlacke von Hültenbetrieben, insbesondere aus Phosphorofenschlacke, durch Vergießen und Abkühlen der schmelzflüssigen Schlacke bis zu ihrer Erstarrung, dadurch gekennzeichnet, daß man die schmelzflüssige, in Formen vergossene Schlacke nur kurze Zeit, vorzugsweise zwischen 10 und 60 Minuten je nach Größe der Gießformen, in den Gießformen abkühlen läßt, bis die Oberflächentemperatur der nur äußerlich erhärteten Schlacke auf 200 bis 600⁰C, vorzugsweise 300 bis 500⁰C, abgesunken ist und dann die gesamten, im Inneren noch glühenden Schlackenstücke auskippt und bei mäßiger Isolierung mindestens 3 Stunden, vorzugsweise 6 bis 24 Stunden, je nach Stückgröße tempern läßt, und daß man schließlich die vollständig verfestigten Schlakkenstücke auf normale Temperatur abkühlt und einer Brechvorrichtung zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vergossenen Schlackenstücke mit einem Verhältnis von Volumen (m³) zu Oberfläche (m²) = 0,02 bis 0,14 m. vorzugsweise 0,03 bis 0,08 in, verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlacke mit mindestens 70, vorzugsweise mindestens 85 Gewichts-% CaO + SiO₂, Rest Al₂Oj, Fe₂Oj, CaF₂, SO₄", S", PO4'", Mg und Alkalioxide, wobei das SiO₂/CaO-Verhältnis 0,8 bis 1,2, vorzugsweise 0,9 bis 1,1, beträgt, verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phosphorofenschlacke mit etwa 90 Gewichts-% CaSiOj, 1 bis 4 Gewichts-% AI₂O₃ +■ Fe₂Oj, 4 bis 6 Gewichts-% CaF₂, Rest Mg , SO4", S", PO₄'" und Alkalioxide verwendet wird.