DE2504813C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Granulieren von Schmelzen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Granulieren von SchmelzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Granulieren von Schmelzen, z. B.
Schmelzen von metallurgischen Schlacken.
Bei metallurgischen Schlacken überführt man die Schmelze vielfach in eine Pfanne, welche zu der
Schlackenhalde gebracht wird, wo man die Schlacke entweder in Form eines schon erstarrten Blockes aus
der Pfanne entfernt oder im flüssigen Zustand vergießt und auf der Halde erstarren läßt. Auch die Überführung
von Schlackenschmelzen in Granulat mit Hilfe einer der
bekannten Schnellkühlungsmethoden, beispielsweise
durch Vergießen der Schlacke in Wasser, kommt oft zur Anwendung. Das erstgenannte Verfahren ist sehr
unökonomisch und hat eine Umweltverschmutzung zur
wirtschaftlicher, weil das Granulat beispielsweise als
verwendet werden kann.
jedoch weisen alle bisher bekannten Verfahren zur
to Granulierung von Schlacken Nachteile auf und sind mit Mangeln behaftet, insbesondere geht der Wämelnhalt
der Schlackenschmelze verloren. Außerdem kann man das Granulat im Abhängigkeit von dem angewendeten
Verfahren nur in mehr oder weniger begrenztem
is Umfang verwenden, und dies auch nur für bestimmte
Anwendungsgebiete: Die Wassergranulierung von Schlacken- und Metallschmelzen ist außerdem sehr
schwierig wegen der Explosionsrisiken. Deswegen vermeidet man beispielsweise die Granulierung von
Stahlschlacken in Wasser. Die Granulierung von Roheisen wird dagegen im Wasser vorgenommen,
jedoch werden dabei große Wassermengen benötigt, und es müssen umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen
genau eingehalten werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu
schaffen, um hochschmelzendes Material, z. B. Schlakkenschmelzen, zu granulieren, wobei das so gewonnene
Granulat als Ausgangsstoff für wertvolle Industriepro
dukte dienen kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man die Schmelze als flüssigen Stahl in eine
fluidisierte Strömung hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit und/oder ihrer Temperatur so steuert, daß die Schmelze
in solche Körner aufgeteilt wird, die größer als die die
fluidisierte Strömung bildenden Partikeln sind, und die
von der fluidisierten Strömung mitgerissen und von
letzterer getrennt werden.
den Partikeln vorzugsweise aus Sand (Siliciumdioxyd,
aus kornförmigen Ferrolegierungen, kornförmigem
keramischem Material oder speziellen kornförmigen chemischen Verbindungen.
Wärme kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zurückgewonnen und wenigstens zum Teil
ausgenützt werden, um die Energie für die Aufrechterhaltung der fluidisierten Strömung zu liefern. Zur
Wärmerückgewinnung können in der fluidisierten
so Strömung Wärmetauscher, z. B. in Form einer Kühlschlange, angeordnet werden.
Vorzugsweise werden der fluidisierten Strömung Wasserdampf und/oder Gase, insbesondere Schutzgase
zugesetzt. Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn man in
der Schmelze, insbesondere durch Erhitzen mittels Gasbrennern, eine ausreichende Gasmenge löst, um
beim plötzlichen Abkühlen in der fluidisierten Strömung ein innen hohles Granulat zu erhalten.
je Zeiteinheit den Gesamtquerschnitt der fluidisierten
Strömung: durchsetzenden Partikelmenge mindestens gleich, vorzugsweise drei bis achtmal größer als das
Gewicht der je Zeiteinheit zugeführten Schmelzemenge zu wählen.
Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine mit
Einblaseinrichtungen für die Partikeln und die Fluidisierungsmedien versehene geneigte Rinne zum Erzeugen
der fluidisierten Strömung und einer am Überlauf der Rinne vorgesehenen Separierungsvorrichtung zum
Trennen der Körner von den Partikeln, wobei die Separierungsvorrichtung mit einem Auffangraum für
die Partikeln versehen ist und dieser Auffangraum Einrichtungen zum Zuführen der Fluidisierungsmedien
und einen Wärmetauscher aufweist
Die Größe und Form des Granulats ist abhängig teils von der Art der Schmelze und teils von der der
feinkörnigen Partikeln, von deren Größe und Tempera- ι ο
tür, sowie von den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Mediums, das zur Anwendung
gelangt für die Bildung der fluidisierten Strömung der feinkörnigen Partikeln. Auch die Temperatur des
Mediums sowie die Geschwindigkeit der feinkörnigen Partikeln ist von Bedeutung.
Beispielsweise wurde bei der Granulierung von Hochofenschlacke als feinkörnige Partikeln eisenfreier
Sand angewendet Der Sand wurde mit überhitztem Dampf in eine mit Vorkehrungen für die Fluidisierung
versehene Gießrinne eingebasen, in der die Granulierung vorgenommen wird. Der Sand wurde nach dem
Aussieben zu einer Rückgewinnung gebracht, in der die
während des Granulierungsprozesses aufgenommene
Wärme ausgenutzt wurde" zur Bildung oder zur Überhitzung des Dampfes, welcher wiederum erneut
beim Blasen bzw. Verwirbeln des Sandes in der Gießrinne angewendet wurde.
Der erhaltene Wärmeüberschuß, der zur Bildung von großen Mengen Dampf führte, wurde zur Herstellung
von elektrischer Energie verwendet
Das so aus der Hochofenschlacke gewonnene Granulat hatte keine glatte Oberfläche, vielmehr erhielt
es durch die Anlagerung von Sandkörnern eine außerordentlich vergrößerte Oberfläche, wodurch das
Granulat z. B. speziell als Zusatz zu Beton geeignet ist Außerdem erhielt man ein hohlkugelförmiges Granulat
ähnlich den aus Blähton mit geringem spezifischen Gewicht hergestellten sogenannten »Leca-Kugeln«.
Zum Unterschied von letzteren ist das erfindungsgemäß gewonnene Granulat jedoch nicht wasserabsorbierend.
Ganz allgemein kann das erfindungsgemäße Verfahren immer dort angewendet werden, wo Schmelzen
granuliert werden sollen mit Hilfe einer fluidisierten Strömung von komförmigen Pattikeln mittels gasförmiger oder flüssiger Fluidisierungsmedien. Die aus dem
Stand der Technik, insbesondere aus der GB-PS 11 24 780 und der US-PS 30 36 338 bekannten Verfahren gehen von flüssigen oder niedrigschmelzenden
Substanzen, so von Düngemitteln oder Ammoniumni- so tratlösungen bzw. von Harzen aus, die sich mit den
erfindungsgemäß zu granulierenden hochschmelzenden Materialien nicht vergleichen lassen. Hier besteht
sowohl bezüglich der Aufgaben als auch deren Lösung ein patentbegründender Unterschied, denn gemäß dem
Stand der Technik werden die genannten Substanzen bereits fein unterteilt in eine fluidisierte Strömung
eingeführt, d. h. entweder in verdüstern Zustand oder in
Form von Tröpfchen. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht der Fall, vielmehr wird die
Schmelze erst als Strahl aufgegossen, wobei noch zu beachten ist, daß diese Maßnahme z. B. beim Granulieren von Hochofenschlacke bei 1280 bis 13000C
durchgeführt wird. Im Gegensatz zu dem sich aus der US-PS 30 36 338 ergebenden Stand der Technik,
wonach bereits Tröpfchen der niedrigschmelzenden Substanzen durch sin Wirbelbett durchfallen gelassen
werden, müssen erfindungsgemäß aus einem starken
Strahl der Schmelz« erst die Einzeltröpfchen, die später
das Granulat ergeben, gebildet werden. Aufgrund dieser Sachlage kann der Fachmann aus dem hier erörterten
Stand der Technik keine Hinweise für das erfindungsgemäße Verfahren zur Granulierung von Schmelzen, z. B.
von Schlackeschmelzen, und für die beanspruchte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erhalten.
Zur weiteren praktischen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist folgendes festzustellen. Es ist
bekannt, daß man bei der Herstellung von z. B. Ferrochrom die Schmelze in ein Bett gießt, in welchem
diese zu einem zusammenhängenden Kuchen erstarren kann. Dabei bilden sich über dem Querschnitt dieses
Ferrochromkuchens kräftige Konzentrationsunterschiede, insbesondere bezüglich des Siliziumgehalts. Bei
der Überführung von geschmolzenem Ferrochrom in Granulat gemäß der Erfindung wird mit Vorteil
Ferrochrom in Sandform als Granulierungsmittel, d. h. als kornförmiges Material für die fluidisierte Strömung,
angewendet Das Ferrochromgranulat wird aufgrund der kurzen Erstarrungszeiten und den günstigen
Bedingungen für die Diffusion in sr-ner chemischen
Zusammensetzung gleichförmiger, u.-id zwar jedes Teilchen für sich und untereinander. Gleichzeitig wird
ein großer Teil des feinen Ferrochromsandes an dem Granulat hängenbleiben, so daß das sonst teuere
Umschmelzen dieses feinen Ferrochromsandes entfällt.
Auch hier kann die Wärme, die auf das feinkörnige Ferrochrom überführt wird, ausgenutzt werden zur
Herstellung von überhitztem Dampf, der wiederum angewendet wird, um die Ferrochrompartikelchen in die
Bewegung zu versetzen, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschrieben ist Es
ist auch bekannt, daß man bei der Herstellung von Ferrotitan große Konzentrationsunterschiede (insbesondere bei der Herstellung von Ferrotitan mit Hilfe
aluminothermischer Prozesse) über den Querschnitt des erstarrten Blockes erhält Benutzt man dagegen das
Verfahren gemäß der Erfindung und granuliert das schmelzflüssige Ferrotitan in einem Strom von feinkörnigem Ferrotitan-Partikeln, so erhält man ein Granulat,
das über seinen Querschnitt praktisch keinen Konzentrati' nsunterschied aufweist, und erreicht damit eine
Homogenität, die bis jetzt nicht bekannt war. In diesem speziellen Fall wird man sich allerdings eines Trägermediums bedienen, das jedes Risiko für die Oxydation von
Titan ausschaltet
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun an Hand der schematischen Zeichnung an einem Beispiel näher
erläutert. Es zeigt
Durch die Leitung I wird feinkörniges Material, das für die Ausbildung der fluidisierten Strömung benötigt
wird, v\ einen Dosierbehälter 2 mit Niveaukontrolle
gebracht und von dort zu einer Dosier- und Beschleunigungsvorrichtung 3 geleitet, mittels der diesem feinkörnige Material, z. B. Sand, in eine Rinne 4 gespritzt wird, in
welcher die fluidisierte Strömung gebildet wird. Von einem Behälter 5 wird die zu granulierende Schmelze in
die Rinne 4 gegoss.n, wobei — wie bei 9 schematisch dargestellt — ein Fluidisierungsmedium eingeführt wird.
Von der Rinne 4 strömt das gebildete Granulat sowie der Überschuß an feinkörnigem Material, das die
fluidisierte Strömung bildet, auf ein Sieb 6, auf dem das Granulat, das in großen Körnern ausgebildet ist, zu
einem Produktauslauf 7 weuertransportiert wird. Der Überschuß der aus feinkörnigem Material bestehenden
Strömung fällt durch das Sieb 6 in einen Auffangraum und bildet dort eine fluidisierte Strömung 8, wobei von
unten in den Auffangraum ein Fluidisierungsmedium eingeblasen wird, wie durch den von 9 nach unten
geführten Pfeil angedeutet ist. In der fluidisierten Strömung 8 ist eine thermostatgesteuerte Kühlschlange
11 eingebaut, um die von der Schmelze an den aus feinkörnigem Material bestehende Strömung abgegebene
Wärme zurückzugewinnen. Dieses feinkörnige Material wird danach über eine Rückführleitung 10 zu
dem Dosierbehälter 2 zurückgeführt. Da die in der
fluidisierien Strömung 8 angeordnete Kühlschlange 11
Wasser enthält, kann auf diese Weise Dampf produziert werden, der als Fluidisierungsmedium verwendet
werden kann und von 9 aus in die Rinne 4 sowie in die
Strömung 8 eingeblasen werden kann. Dabei kann der Grad der Abkühlung des feinkörnigen Materials mittels
Thermostatsteuerung geregelt werden; die Trennung des feinkörnigen Materials von dem gebildeten
Granulat kann erfindungsgemäb auch nach der Wärmerückgewinnung erfolgen, was zur Folge hat, daß
ein bedeutend größerer Teil des Wärmeinhaltes in dem Granulat wiedergewonnen wird.
Die erfindungsgemäß durchgeführte Granulierung bringt eine Menge Vorteile im Verhältnis zur Wasseroder
Luftgranulierung. Es können neue Produkte mit wertvollen Eigenschaften hergestellt werden. So kann
z. B. ein Granulat mit einer rauhen Oberfläche erhalten werden, wodurch hohe Friktion erreicht wird. Das
Granulat kann ebenfalls expandieren, was erreicht wird durch das Gas. das sich immer in der Schlacke befindet.
Diese Eigenschaften werden erreicht durch Steuerung des Schlackenstrahles und insbesondere des Druckes in
der fluidisierten Strömung. Andere Oberflächeneffekte können erreicht werden beispielsweise durch Einmischen
von leichtschmelzenden Produkten in die fluidisierte Strömung. Die Zusammensetzung des
Produkts kann gesteuert werden durch die Wahl des feinkörnigen Materials in Form von z. B. Sand,
Kalkstein usw.
Vorzugsweise hat die Rinne 4 eine Neigung zwischen etwa 6° und 20°. Eine Neigung von 10° bis 15°,
insbesondere 12° hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Es ist im allgemeinen ausreichend, der Rinne 4
eine Länge zwischen etwa 2 bis etwa 5 m zu geben. Die Zuführung äer feinkörnigen Partikeln zur fluidisierten
Strömung bzw. zur Rinne 4 kann mittels einer Rutsche erfolgen, die in diesem Fall als Beschleunigungsvorrichtung
3 dient und der die feinkörnigen Partikeln vom Dosierbehälter 2 dosiert zugeführt werden. Die
Rückleitung 10 kann z. B. pneumatisch erfolgen. Als Rückleitung 10 k&iin aber z. B. auch ein Becherwerk
dienen, das den Sand von der fluidisierten Strömung 8 zum Dosiergefäß 2 zurückfährt Als fluidisierendes
Medium kann mit Vorteil Preßluft angewendet werden.
Bei einer Probeanlage wurde eine etwa 2 m lange und etwa 10 cm breite Rinne 4 verwendet mit einer Neigung
von 12°. Dieser Rinne 4 wurde von einem Dosierbehälter
2 über eine etwa 1,5 m hohe Rutsche etwa 400 kg Sand pro Minute zugeführt
Der verwendete Glassand hatte eine Korngröße
zwischen 0,5 und 1 nun. Als fluidisierendes Medium
wurde Preßluft in einer Menge von 0,5 Normalkubikmetern pro Minute zugeführt Die erhaltene mittlere
Sandgeschwindigkeit der fluidisierten Strömung in der Rinne 4 betrug etwa 0,8 m pro Sekunde. Die Schicht 8
war etwa 6 bis 8 cm hoch und hatte eine mittlere Dichte von etwa 1. Der Schicht 8 wurde normale Hochofenschlacke
zugeführt, die mittels Ölbrennern, welche in die im Behälter 5 vorhandene Schlackenschmelze vorzugsweise
von oben etwa 10 cm tief eingeführt wurden, auf etwa 1280° — 1300° erhitzt wurde.
Der Behälter 5 wurde als Kippofen ausgebildet und mit einer vorbestimmten programmierten Kippgeschwindigkeit
so gekippt, daß die ausfließende Schlakkenmenge genau konstant bei etwa 80 kg pro Minute
lag und sich in einem flüssigen Schlackenstrahl von etwa 4 bis 5 cm Breite und etwa 1 bis 2 cm Dicke auf die
fluidisierte Strömung der Rinne 4 ergoß. Dabei wurde
t5 die Gießhöhe, d.h. die Fallhöhe des Schlackenstrahls, etwa 40 cm gewählt. Hierbei bildete sich aus der
Schlacke ein Granulat von getrennten Körnern mit einem Durchmesser zwischen 4 mm und 25 mm und
einem spezifischen Schüttgewicht zwischen 0,4 und 0,5.
Das erhaltene Granulat stellte ein etwa hohikugeilormiges
Produkt dar, ähnlich den aus Blähton mit geringem spezifischen Gewicht hergestellten sog. Lecakugeln,
wobei ein oder mehrere Hohlräume im Innern der kugelförmigen Körner bei der plötzlichen Abkühlung
der Schlacke in der fluidisierten Strömung und dem damit bewirkten spontanen Austritt der in der Schlacke
gelöster Gase entstanden. Diese Gase werden insbesondere durch die zum Erhitzen der im Behälter 5
vorhandenen Schlackenschmelze dienenden ölbrennern, denen ein Gemisch von öl und Sauerstoff
zugeführt wird, in die Schlacke eingeführt
Die Größe der erhaltenen Körner hängt wesentlich von der Oberflächenspannung und Gießhöhe der
Schlackenschmelze und der Geschwindigkeit und der Dichte der fluidisierten Strömung ab. 1st die Gießhöhe
zu gering, dann findet keine vollständige Aufteilung der Schlackenschmelze in getrennte Körner bzw. Kugeln
statt, und man erhält mehr oder weniger zusammengesinterte Körner. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die
Gießhöhe bzw. Fallhöhe der Schlackenschmelze mindestens etwa 20 cm, vorzugsweise mindestens etwa
30 cm, insbesondere etwa 40 cm oder mehr zu wählen. Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, der
fluidisierten Strömung in der Rinne 4 eine Geschwindigkeit von mindestens etwa 0,2 m/sec, z. B. zwischen etwa
0,2 und 2 m pro Sekunde, vorzugsweise zwischen etwa O^ und 13 m pro Sekunde zu erteilen. Die Dichte der
fluidisierten Schicht hängt insbesondere von dem spezifischen Gewicht und der mittleren Größe der
so feinkörnigen Partikeln ab und wird vorzugsweise zwischen etwa 0,7 und IA insbesondere etwa 03 und 1,2
gewählt
Fig.2 zeigt ein nach der Erfindung hergestelltes
Granulatkorn 12 im Schnitt Das Granulatkorn 12 weist eine etwa kugeiförmige Schale 14 ans erstarrter
Schlacke auf, deren glasige äußere Oberfläche mit Sandpartikeln 15 übersät ist und deren Inneres 16 hohl
ist Jedes der Sandpartikeln 15 ist mit einem Teil seiner Oberfläche in das Schlackenkorn eingeschmolzen oder
an dieses angeschmolzen. Durch das mindestens teilweise Einschmelzen der Sandpartikeln 15 fan Bereich
der äußeren Oberfläche des Schlackenkornes haften die Sandpartikeln besonders fest, so daß sich das Granulat
insbesondere gut als Zuschlagstoff für Beton eignet
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Granulierang von Schlackenschmelzen, Glasschmelzen, Keramikschmelzen, Metallschmelzen und Schmelzen aus Metall-Legierungen, wobei die Schmelze in eine fluidisierte
Strömung unter Aufteilung in Körner eingeführt wird, welche aus relativ feinen festen Partikeln des
gleichen oder eines anderen Materials besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Schmelze als flüssigen Strahl in die fluidisierte Strömung einführt, wobei man die fluidisierte
Strömung hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit und/ oder Temperatur so steuert, daß die Schmelze in
solche Körner aufgeteilt wird, die größer als die die fluidisierte Strömung bildenden Partikel sind, und
die von der fluidisierten Strömung mitgerissen und von letzterer getrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die von der Schmelze auf die
Partikel übertragene Wärme zurückgewinnt und wenigstens zum Teil ausnützt, um die Energie für die
Aufrechterhaliung der fluidisierten Strömung zu
liefern.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man der fluidisierten Strömung
Wasserdampf und/oder Gase, insbesondere Schutzgase zusetzt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man
in der Schmelze, insbesondere durch Erhitzen mittels Gasbrennern, eine ausreichende Gasmenge
löst, um beim plötzlichen Abkühlen in der fluidisierten Strömung ein innen hohles Granulat zu erhalten.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gewicht der je Zeiteinheit den Gesamtquerschnitt der fluidisierten Strömung durchsetzenden Partikelmenge mindestens gleich, vorzugsweise drei bis
achtmal größer als das Gewicht der je Zeiteinheit zugeführten Schmelzmenge ist
6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch eine mit Einblaseinrichtungen (3, 9) für die Partikel und die Fluidisierungsmedien
versehene geneigte Rinne (4) zum Erzeugen der fluidisierten Strömung und einer am Überlauf der
Rinne (4) vorgesehenen Separierungsvorrichtung (6) zum Trennen der Körner von den Partikeln, wobei
die Separierungsvorrichtung (6) mit einem Auffangraum für die Partikel versehen ist und dieser
Auffangraum Einrichtungen (9) zum Zuführen der Fluidisierungsmedien und einen Wärmetauscher (11)
aufweist
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