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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Granulaten aus feuerflüssigen
Schmelzen II Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Granulaten
aus feuerflüssigem Metall-, Gesteins- oder metallurgischen Schlackenschmelzen, bei
dem die Schmelze auf eine rotierende Schleuder in Richtung gegossen und dadurch
in Partikel zerteilt wird, die abgekUhlt werden.
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Derartige Granulate dienen u.a. wegen ihrer abrasiven Eigenschaften
zum Putzen. So sind aus metallurgischen Schlackenschmelsen hergestellte Granulate
bereits zum Putzen von Guß stücken und dadurch zum Ersatz der quarzhaltigen und
daher gesundheitsschädigenden Putzmittel verwendet worden. Für alle Verwendungswecke
der Granulate muß gefordert werden, daß das Granulat ein möglichst gleichmäßiges
Kornband und eine möglichst große Festigkeit seiner Partikel aufweist, daß aber
die Herstellung des Granulates aus der feuerflüssigen Schmelse billig durchzuführen
ist.
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Während auch heute noch derartige Granulate durch Mahlen der Ausgangsstoffe
gewonnen werden, sind zur Vermeidung der hohen Nahlkosten und des beimMahlen unvermeidlich
anfallenden Über- und Unterkornes Vorschläge bekannt geworden, welche auf eine unmittelbare
Herstellung des gewünschten Granulates aus der feuerflüssigen Schmelze abzielen.
Nach diesen Vorschlägen wird die Schmelze durch die Einwirkung von Druckgas, insbesondere
Druckluft, von Druckwasser oder Schleudervorrichtungen in Gestalt rotierender Scheiben
zerteilt, und die durch die Zerteilung entstehenden Partikel werden durch Abschrecken
insbesondere mit Hilfe von Wasser oder Wasserdampf auf die Erstarrungstemperatur
gebracht. Das Abschrecken erfolgt z.B. an mit Wasser berieselten Wänden, auf die
die Partikel aufgeschleudert werden. Obwohl hierdurch ein Zusazimienbacken der Partikel
nach Zerteilung der Schmelze verhindert wird ,weist das fertige Granulat hohe innere
Spannungen auf. Derartige Granulate zeigen beim Putzen einen starken Abrieb. Das
erschwert den mehrmaligen Umlauf eines solchen Strahlgutes erhebli dl und wirkt
kostensteigernd.
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Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, dem Granulat nach
seiner Herstellung die inneren Spannungen zu nehmen. Das geschieht durch Tempern
des Granulats.
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Dadurch wird aber die Herstellung des fertigen Granulats erheblich
verteuert und beträchtlich lompliziert. Der auch bekannte Vorschlag, nur Schmelsen
einer bestimmten chemischen Zusammensetzung zu verwenden, welche von vornherein
das Auftreten von inneren Spannungen im Granulat beim AbkEhlen vermeiden, ist in
der Praxis ebenfalls schwer durchzuführen, im übrigen aber auch nur beschränkt
anwendbar.
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Der Erfindung liegt als technisches Problem zugrunde, aus Metall-,
Gesteins- oder metallurgischen Schlackenschmelzen, also aus Schmelzen unterschiedlichster
chemischer Zusammensetzung ein Granulat direkt mit der gewünschten Korngröße und
frei von inneren Spannungen herzustellen.
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Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe in erster Linieerfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß durch Binstellung der in der Zeiteinheit zufließenden Schmelzmge
sowie des Auftreffpunktes des zufließenden Schmelzestrahles auf die Kreisbahn der
rotierenden Schleudervorrichtung und/oder der Drehzahl der Schleudervorrichtung
den Partikeln im Anschluß an die Schleudervorrichtung aufgezum gene balMbtische
Bahn ihrer Länge unA lieigurg nach auf ein von thermischen Spannungen freies Abkühlen
der Partikel auf die Erstarrungstemperatur der Schmelze in der umgebenden Atmosphäre
eingestellt und die mittlere Korngröße des Granulates bestimmt wird.
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Bei diesem Verfahren erfolgt also die Abkühlung der Partikel weder
durch Preßgas und auch nicht durch Wasser, sondern in einem stehenden oder schwach
bewegten Gas, insbesondere in f der freien Luft längs einer Blutbahn, die so berechnet
ist, daß einerseits die Partikel bis zur AbkEhlung auf die Erstarrungstemperatur
der Schmelze in der Atmosphäre verharren, andererseits aber das Kornband der Partikel
in den gewünschten Bereich verschoben wird.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mit
ihm ein Feingranulat erzeugt werden kann,
das spnmmungsSrei, homogen
und glasig ist, während größere Körner unter einer glasigen Umhüllung im Inneren
einen feinkristallinen, gleichfalls spannungsfreien Kern zeigen. Diese Eigenschaften
machen das Granulat für Strahlzwecke besonders geeignet. Wenn man größere Körner
bricht, haben diese den Vorzug der Scharfkantigkeit. Diese Produkte können im übrigen
sehr billig hergestellt werden, weil die Bildung des Granulates und sein spannungsfreies
Abkühlen in einem Arbeitsgang herbeigeführt wird.
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Zum Beispiel wird das erfindungsgema..ße Verfahren aus einer Anwendung
auf Hochofenschlacken oder vergleichbare Schmelzen so durchgeführt, daß die Schleudervorrichtung
zur Erzielung von Blugzeiten zwischen 1 bis 4 Sekunden und Flugstrecken zwischen
4 bis 40 m eingestellt wird. Das läßt sich ohne Änderung der Drehzahl durch bloßes
Verschieben des Äuftreffpunktes des zufließenden Schmelzstrahles auf die Kreisbahn
der rotierenden Schleudervorrichtung erreichen. Dann kann durch die Veränderung
der Drehzahl das Kornband des Granulates gewählt werden. Unter diesen Umständen
erfolgt die Abkühlung der Partikel von etwa 14000 C auf 200 bsis 3000 a bei Korngrößen
zwischen 0,5 bis 5 mm.
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Im übrigen muß natürlich die Umdrehungsgeschwindigkeit und damit die
Flugzeit des Granulates auf die jeweilige Schlackenzusammensetzung eingestellt werden.
Es hat sich ergeben, daß diese Einstellung, zumindestens bei der Herstellung von
Granulaten aus Hochofenschlacken oder vergleichbaren Schmelzen, d.h. Schmelzen,
welche Wolle bilden, recht einfach ist. Es genügt, daß man die Drehzahl
der
Schleudervorrichtung ohne Rücksicht auf die chemische Zusammensetzung der feuerflüssigen
Schlacke so einstellt, daß außer einer Hauptmenge an Granulat geringe Anteile von
Schlackenwolle entstehen. Diese Schlackenwolle läßt sich beim Klassieren des Granulates
mühelos entfernen.
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Im übrigen gestattet es die Veränderung der Lage des Auftreffpunktes
des zufließenden Schmelzstrahles auf der Kreisbahn der rotierenden Schleudervorrichtung
die Fläche zu bestimmen, auf der das Granulat i»6oweit verfestigts Borm auftrifft,
daß es nicht mehr durch teigige Struktur zusammenbacken kann. Wenn man namlich den
Auftreffpunkt in Drehrichtung der Schleudervorrichtung gesehen nach hinten verschiebt,
wird die Flugbahn steiler und die Auftreffläche rückt näher an die Schleudervorrichtung
heran.
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Nachfolgend wird zum besseren Verständnis der Erfindung eine Vorrichtung
sur Durchführung des angegebenen Verfahrens anhand der Zeichnungen näher erläutert;
es z&gen Fig. 1 in Ansicht das Prinzip einer Anlage zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in einer der möglichen Betriebsatellungen,
Fig. 3 in der Figur 2
entsprechender Darstellung eine andere Betriebsstellung der Vorrichtung, Pig. 4
eine Schleudervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in ansicht
und Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V der Figur 4.
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Das nachfolgend in seinen Einzelheiten wiedergegebene Verfahren zur
Herstellung von Granulaten aus feuerflUs sigem Metall-, Basalt- oder metallurgischen
Schlackenschmelzen wird in einer Anlage verwirklicht, welche nach Figur 1 wie folgt
ausgebildet ist: Hochofenschlacken Die feuerflüssige/s'chme1ze wird in einer Schlackengießpfanne
1 herantransportiert, welche auf einem schienengängigen Fahrzeug 2 untergebracht
ist. Ein Gerinne 3 (vergl. auch die Figuren 2 und 3) nimmt den aus der Gießpfanne
1 austretenden Gießstrahl 4 auf und gibt diesen am freien Ende 5 des Gerinnes 3
frei. Dort läuft ein Strahl 6 ab, der einen verhältnismäßig kurzen freien Fall durchmißt
und dann bei 7 auf eine Schleudervorrichtung 8 auftrifft. Die Schleudervorrichtung
8 zerteilt die aufgegossene Schmelze in Partikel, welche zunächst noch feuerflüssig
sind. Sie prägt diesen Partikeln eine Wurfbewegung auf, so daß die Partikel ballistischen
Bahnen 9 folgen. Die Länge und Neigung dieser ballistischen Bahnen bestimmt einerseits
die Verbarrungszeit der Partikel in der umgebenden itmosphäre, bis diese auf die
bei 10 bzw. 11 wiedergegebenen Auftragsflächen aufschlagen, andererseits bestimmt
sie das Tonband des fertigen Granulats.
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Zum Schutz der Umgebung hat die in Figur 1 wiedergegebene Einrichtung
eine Schutzwand 15 zur Begrenzung der Auftreffflächen 10 bzw. 11 an deren der Schleudervorrichtung
8 abgewandten Seite und einen Sumpf 16 zwischen der Auftrefffläche 10 und der Schleudereinrichtung
8 zur Aufnahme der geringen, nicht granulierten Schmelzemengen.
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Die Auftreffflächen 10 bzw. 11 sind bei dem in Figur 1 wiedergegebenen
Ausführungsbeispiel als Siebbeläge ausgebildet. Die Pfeile 17 bzw. 18 geben die
Richtung an, längs der die gebildeten Partikel durch die bei 19 angeordnete#üttler
über die Siebbeläge wandern. Am Ende der Siebbeläge gelangt der Siebüberlauf in
einen Sammelförderer 20; die Siebdurchgänge werden ebenfalls abgefördert, doch ist
die hierzu dienende Einrichtung nicht gezeichnet.
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'Die vorstehend beschriebene Anlage arbeitet prinzipiell so, daß durch
Einstellung der in der Zeiteinheit zuSliessenden Schlackenmenge sowie durch die
Einstellung des Auftreffpunktes 7 des zufließenden Schmelzestrahles 6 auf die Kreisbahn
22 der rotierenden Schleudervorrichtung 8 und/oder durch entsprechende Wahl der
Drehzahl der Schleudervorrichtung die Länge und die Neigung der ballistischen Bahnen
9, welche den Partikeln im Anschluß an die Schleudervorrichtung 8 aufgezwungen werden,
so gewählt ist, daß ein von thermischen S;annuglgen freies Abkühlen der Partikel
auf die Erstarrungstemperatur der Schmelze in der umgebenden Atmosphäre herbeigeführt
wird und gleichzeitig die mittlere Korngröße des Granulats bestimmt ist.
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Unterstellt man in den beiden Betriebsphasen, die in den Figuren 2
und 3 wiedergegeben sind, einen jeweils konstanten Schlackenzufluß bei 4, so ist
auch der Schlackenabfluß bei 6 im wesentlichen konstant. Das Gerinne 3 kann sich
auf einer im wesentlichen horizotalen Bahn 23 mit Hilfe von Rollen 24 unter dem
Einfluß eines bei 25 schematisch dargestellten und prinzipiell aus einer Spindel
26 in einer Mutter 27 bestehenden Antriebes so bewegen, daß der Auftragspunkt 7
seine Lage auf der bei 22 angedeuteten Ereisbahn verändert. Liegt der Auftragspunkt
7, wie in Figur 3 dargestellt, verhältnismäßig weit hinter der im wesentlichen horizontal
liegenden Rotationsachse 29 der Schleudervorrichtung 8, so ergeben sich verhältnismäßlg
steile ballistische Bahnen 30, während bei Einstellung des Punktes 7 auf eine Stelle
der Kreisbahn 22, welche weiter oberhalb der Rotationsachse 29 der Schleudervorrichtung
8 liegt, die Bahnen 9 entstehen, die in Figur 1 gezeichnet sind und die im Vergleich
zu den Bahnen 30 flacher verlaufen.
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Unter praktischen Bedingungen ergeben sich Umfangsgeschwindigkeiten
von 160 bis 1000 m/min. bei der Verarbeitung von Hochofenschlacken, wobei die Flugstrecken
zwischen 4 und 40 m betragen und sich Flugzeiten zwischen 1 und 4 Sekunden ergeben.
Diese verhältnismäßig langen Flugzeiten bzw. hohen Plugweiten sind für die Herstellung
eines dichten und spannungsfreien Granulates von entscheidender Bedeu -tung. Es
ergeben sich dabei AbkEhlsradienRen awiaahen 14000 C und 200 bis 3Q0° C für Korngrößen
swischn 0,5 bis 5 mm. Auf diese Weise läßt sich ein Fei-ngranulat
zwischen
0,2 bis 1 mm Korngröße spannungsfrei, homogen und glasig erzeugen, während gröbere
Schlackenkörner, d.h. solche in der Größenordnung von 1 bis 5 mm unter einer glasigen
Umhüllung im inneren einen feinkristallinen, gleichfalls spannungsfreien Kern zeigen.
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Insbesondere kann die Rotationsgeschwindigkeit eingestellt werden.
Dadurch wird Veränderungen in der Schlackenzusammensetzung Rechnung getragen, vor
allem bei Änderungen des Kalk-Kieselsäureverhältnisses. Versuche haben ergeben,
daß der größtmögliche Anfall von Kleingranulat eben erreicht wird, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit
so eingestellt wird, daß neben Granulat bereits etwas Schlackenwolle entsteht. In
der Praxis hat dies den wesentlichen Vorzug, daß bei Beginn des Schleuderns die
chemische Schlackenzusammensetzung nicht bekannt zu sein braucht. Es genügt vielmehr,
die Umdrehungsgeschwindigkeit so einzustellen, daß neben einer Hauptmenge von Granulat
bereits Anteile von Schlackenwolle entstehen, die beim Absieben und Klassieren auf
den im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Einrichtungen mühelos wieder entfernbar
sind.
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Im übrigen liegt die untere Grenze der Flugzeit und damit die Länge
des Plugweges dort, wo das gebildete Granulat in noch teigiger Zusammensetzung auf
die Auftrefffläche prallt und sich wieder zusammenbackt.
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Zur Erzielung ausreichender Flugzeiten bzw. Längen der Flugbahnen
wird der Auftreffpunkt in der beschriebenen Weise bei geringer Umdrehungsgeschwindigkeit
nach hinten
verlegt, ao daß die bei 6 ausfließende Schlacke bei
der Aufwärtsbewegung der Schleuder erfaßt und beschleunigt wird. Die geringste Umfangsgeschwindigkeit
liegt bei 160 m/min.
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Eine praktische Ausführungsform einer Schleudervorrichtung, wie sie
im Rahmen der Erfindung verwendet wird, ist in den Figuren 4 und 5 wiedergegeben.
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Auf einem festen Rahmen 40, welcher aus U-ProSilen 41 besteht, befindet
sich ein Elektromotor 42, der über eine Kupplung 43 an die Eingangswelle 44 eines
Regelgetriebes 45 angeschlossen ist, dessen Abtriebswelle 46 eine Kupplung 47 zum
Anschluß einer Welle 48 trägt, die in Lagern 49 und 50 drehbar ist. Mit der Welle
48 dreht sich ein Schutzrohr 56, an dessen Enden Lufteingänge vorgesehen sind, welche
sum Kühlen der Welle 48 dienen. Die Schleudervorrichtung besitzt bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel vier Schaufeln 57 identischer Ausbildung0 Jede Schaufel hat
eine von der Nabe ausgehende Schaufelwurzel 51. Die Drehrichtung des Schaufelrades
ist bei 52 angegeben. In Drehrichtung gesehen sind die an die Wurzeln angesetzten
Schaufelblätter 51' nach hinten geneigt. Statt die Wurfblätter 51' gegen die Wurzeln
51 abzuknicken, können diese auch gekrümmt werden. Die Wurfblätter sind außerdem
mit Belägen 53 versehen, welche frühzeitigem Verschleiß entgegenwirken und leicht
auswechselbar sind.
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Zur seitlichen Abschirmung des Schaufelrades gegen den beschriebenen
Antrieb bzw. die Lager 49 und 50 -der Welle 48 dienen die an den Enden der Schaufeln
angeortasten Endscheiben 54 bzw. 55, deren Ebenen senkrecht zur W alle des
Rades
angeordnet sind.
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Bei der in den Figuren 4 und 5 wiedergegebenen Ausführungsform ist
das Schaufelrad als solches ortsunveränderlich aufgestellt, während sich der Endpunkt
des Gerinnes in der im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 beschriebenen Weise
verändern läßt. Statt das Gerinne in dieser Weise veränderlich zu gestalten, könnte
auch die Schleudervorrichtung entsprechend beweglich sein. Auch können beide Maßnahmen
gleichzeitig ergriffen werde.
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Das Schleudern kann unter den angegebenen Verhältnissen im Freien
erfolgen. Auch bei Regenwetter ist ein Trocknen nach dem Schleudern nicht notwendig,
wenn nämlich das Granulat sofort nach dem 3Schleudern in geschlossenen Räumen gelagert
oder weiterbehandelt wird. Das Trocknen wird durch die Restwärme des Granulates
nach dem Auftreffen auf die im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Flächen ermöglicht.
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Die Leistung einer Einrichtung, wie sie in den Figuren wiedergegeben
ist, kann mindestens 300 kg Schlacke je Minute betragen. Dabei soll die Gießhöhe
mindestens 3 cm betragen, andererseits aber bei einem SchaufeldurchmessepPon einem
Meter 6 cm nicht überschreiten.
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Die bei 3 wiedergegebene Aufgabevorrichtung für die feuerflüssige
Schlacke kann auch aus einem Stahl- oder Gußtrog mit feuerfestem Futter bestehen.
Um Schlacken- oder Metallkrusten nach dem Schleudern schnell entfernen zu können,
ist ein Belag vorgesehen, der aus zwei oder mehreren Guß-oder Hämatitplatten besteht.
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Die ganze Anlage kann von Hand gesteuert werden. Zweckmäßiger ist
indessen eine Regeleinrichtung. Die Regeleinrichtung kennzeichnet sich prinzipiell
durch eine Regelstrecke, deren Regelgröße die Stellung des Auftreffpunktes 7 des
dem Schaufelrad zufließenden Schmelzestrahles 6 auf die von den Schaufelblättern
beschriebene Kreisbahn ist, wobei die Drehzahl des Schaufelrades als Führungsgröße
zur Verstellung des Auftreffpunkt es dient.
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Praktisch kann dies so verwirklicht werden, daß die gewählte Drehzahl
des Schaufelrades auf ein Tachometer übertragen wird, das eine Drehzahl entsprechende
Spannung abgibt. Diese Spannung wird auf ein Potentiometer übernommen, über das
die Stellung der Einrichtung 3 der Umdrehungsgeschwindigkeit angepaßt wird.
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Ein nach dem beschriebenen Verfahren erzeugtes Schlackengranulat wurde
in einer Gießerei zum Putzen der Guß stück eingesetzt. Vorher war für den gleichen
Zweck ein tSsa Quarzitsand eingesetzt worden, der zweimal verwendet wurde.
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Das hergestellte Hochofenschlackengranulat lag in einer Körnun von
1 bis 2 mm vor. Es konnte viermal verwendet werden, ohne daß die Putzwibkung nachließ.
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In einem zweiten Versuch wurden gebrochene Hochofenschlackengranulate
in der Körnung von 2 bis 3 mm anstelle von Stahlkies einge setzt. Während der Stahlkies
durchschnittlich sechs Mal verwendet werden konnte, war eine viermalige Benutzung
des erheblich billigeren Schlackengranulates möglich.
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Wesentlich ist die Anwendungsmöglichkeit des beschriebenen Verfahrens
und der angegebenen Vorrichtung auf die Herstellung von Granulaten aus Korundschmelzen.
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Schleudern kann natürlich auch in geschlossenen Räumlichkeiten erfolgen,
soweit diese geeignet sind und vor allem, wenn bei weniger zähflüssigen Schmelzen
geringere Mengen auf kleine dimensionierte Schleuderanlagen aufgegeben werden, z.B.
flüssiges Blei, Aluminium.
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Patentansprüche