DE1796013C3 - 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 Calciumphosphat, Quarz und Kohle anfallenden Schlacken lassen sich verschiedenartig aufbereiten und verwenden.

Es ist bekannt, daß schmelzflüssige Schlacken mit der ungefähren Zusammensetzung des Calciummetasilikates (CaSiO₃ = 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 5 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 Oberflächentemperatur der nur äußerlich erhärteten Schlacke auf 200 bis 600° C, vorzugsweise 300 bis 500°C, 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 zufuhrt.

Die vergossenen Schlackenstücke können mit einem Verhältnis von Volumen (m³) 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 + SiO₂, Rest Al₂O₃, Fe₂O₃, SO₄", S", PO₄'", Mg und Alkalioxide, wobei das SiO₂/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 6 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 schmelzflüssige 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

so noch gelbglühend. Die Gießformen können z. B. zwischen 0,1 und 2 m³ Inhalt haben. Dementsprechend kann die »rasche Abkühlung« der etwa 0,05 bis 2 m³ großen Schlackenstücke 5 Minuten bis 24 Stunden dauern. Im allgemeinen gießt man jedoch Schlackenstücke von nur etwa 0,1 bis 0,3 m³, deren »rasche Abkühlung« bis auf etwa 350°C 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 kristalli-

hi sierte Schale durch den Aufheizprozeß aus dem Inneren getempert wird und besser kristallisiert. Die Kristallisation kann durch Steuerung der Abkühlungsbedingungen vom adiabatischen Fall (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 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 is des Schotters, so kann man das einzelne ausgekippte Schlackenstück auch einfach an der umgebenden 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 Schlackenstücke gießen, deren Aufbereitung geringe Kosten erfordert. Schließlich fällt das Schlackenstück mit hoher Dichte an.

B e i s ρ i e I 1

In eine Eisenkokille von etwa 1300 kg Gewicht und etwa 300 Liter Inhalt wurde flüssige Phosphorofenschlacke (Zusammensetzung: 90% CaSiO₃, 3% Al₂O₃, 6% CaF₂, 1% Mg und Alkalioxide) mit einer Temperatur von etwa 1350° C in einer Schichtdicke von etwa 15 cm eingegossen. Das Volumen der eingegossenen Schlacke betrug 0,10 m³, 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 350⁰C abgekühlt war. ausgekippt und an der Luft weiter abgekühlt

Hierbei heizte sich die Oberfläche des Schlackenstükkes wieder auf. Der Temperungsvorgang unter vollständiger Verfestigung des Blockes dauerte etwa 5 Stunden. Die Oberflächentemperatur betrug jetzt noch etwa 150⁰C Durch Abspritzen mit Wasser wurde der Block auf etwa 30° C abgekühlt und gebrochen. Die Untersuchung ergab ein Raummetergewicht von 1,28 t/m³ nach dem Brechen; die Schlagfestigkeit nach DIN 52 109 lag mit 28,2 Gewichts-% Korn unter 10 mm in dem für »Mineralbeton« geltenden Bereich.

Beispiel 2

In Eisenkokillen obiger Art, die mit einer Schienentiegelbahn am Schlackenauslauf vorbeigefahren wurden, wurde flüssige Phosphorofenschlacke obiger Zusammensetzung mit einer Temperatur von 1320° 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 134 t/m³ und eine Schlagfestigkeit nach DIN 52 109 von 20,5 Gewichts-% Korn unter 10 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 Wärmeabstrahlung der in der Grube aufeinandergekippten Blöcke ist

Claims (4)

Patentansprüche:

1. 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, 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 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 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 m, verwendet warden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlacke mit mindestens 70, vorzugsweise mindestens 85 Gewichts-% CaO + SiO₂, Rest Al₂O₃, Fe₂O₃, 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 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phosphorofenschlacke mit etwa 90 Gewichts-% CaSiO₃, 1 bis 4 Gewichts-% AI₂O₃ + Fe₂O₃, 4 bis 6 Gewichts-% CaF₂, Rest Mg , SO₄", S", PO₄'" und Alkalioxide verwendet wird.