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Verfahren und Vorrichtung zum Ent-vässern eines Staubaufschlämmungsgemisches
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwässern und Trocknen
eines Schlammes (einer Aufschlämmung), der (die) hauptsächlich aus dem Staub besteht,
der aus den Öfen in einem Stahlwerk ausgetragen wird; sie betrifft insbesondere
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwässern und Trocknen des Staubschlammes,
bei den das behandelte trockene Pulver mit einer konstanten Geschwindigkeit und
in einem konstanten Volumen zugeführt wird.
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In letzter Zeit wird das Problem der Umweltverschmutzung zu einem
der Hauptprobleme vieler Industrie zweige. In der Eisen-und Stahl-Industrie ist
es erforderlich geworden, den aus den verschiedenen Ugpen von Öfen ausgetragenen
Staub zu behandeln (zu bearbeiten), um die durch diesen Staub verursachte Umweltverschmutzung
zu
verringern oder zu eliminieren. In der Regel wird dieser Staub mit Hilfe von Sammlern
innerhalb der Anlage aufgefangen und zurückgehalten und dann auf die eine oder andere
Weise, beispielsweise durch Verbrennen, durch Abkippen auf einer Deponie, durch
Verwendung als Zuschlag und dgl., beseitigt.
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Eine Art der Wiederverwendung dieses gesammelten Staubes besteht darin,
ihn als Teil der Materialien für die Durchführung von Sinterverfahren zu verwenden,
die beispielsweise zur Her stellung von Pellets angewendet werden. Aufgrund des
großen Volumens des gesammelten Staubes, insbesondere des Teils, der aus feinen
Teilchen besteht, konnte bisher jedoch nur ein Teil des Staubes wiederverwendet
werden und der größte Teil mußte auf einer Deponie abgelagert werden. Durch diese
Ablagerung entstehen ebenfalls Umweltverschmutzungsprobleme und außerdem stellt
die Beseitigung der darin enthaltenen wiederverwendbaren Materialien eine große
Verschwendung der.
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Zur Verminderung der Umweltverschmutzung und zur Einsparung von Kosten
ist daher in Erwägung gezogen worden, den in der Eisen-und Stahl-Industrie anfallenden
Staub vollständig wiederzuverwenden und die Arten der Wiederverwendung können im
allgemeinen in zwei Kategorien eingeteilt werden, nämlich in: A) das Mischen des
Staubes mit einem geeigneten Bindemittel zur Herstellung von Konstruktions- oder
Baumaterialien, die außerhalb der Stahlindustrie Verwendung finden; und B) die Ruckführung
im Kreislauf des Staubes innerhalb der Stahlindustrie, in welcher der Staub anfällt,
als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Eisen und/oder Stahl durch Modifizierung
der Zusammensetzung und Erscheinungsform des Staubes.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die oben unter B) erwähnte
Rückführung
im Kreislauf insbesondere auf die Herstellung von Pellets, die hauptsächlich aus
dem Staub bestehen, der von einer Vorrichtung vom Naß-Typ, wie z.B. einem Venturi-Uäscher-Präzipitator
oder dgl., gesammelt worden ist.
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Bei der Herstellung von Pellets aus dem Staub, der mittels eines Sammlers
vom Naß-Typ gesammelt worden ist, wird das Wasser von dem Staub getrennt, der im
aufgeschlämmten Zustand vorliegt, und dieser nimmt die Form eines Kuchens an, nachfolgend
als "Filterkuchen!' bezeichnet. Dieser Filterkuchen wird dann in die nachfolgenden
Stufen eingeführt, die das Trocknen umfassen können, bevor er in eine Pelletisierungsvorrichtung
eingeführt wird.
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Wenn die Menge oder der Feuchtigkeitsgehalt des Filterkuchens, der
der Trocknungsvorrichtung und den darauffolgenden Stufen zugeführt wird, variiert,
werden durch diese Veränderung die nachfolgenden Stufen stark beeinflußte Deshalb
muß beim Trocknen des Filterkuchens eine Einrichtung zur Steuerung (Kontrolle) der
Heizkapazität innerhalb eines verhältnismäßig breiten Bereiches vorgesehen werden,
um den Änderungen in bezug auf die Menge des zugeführten Filterkuchens Rechnung
zu tragen. Auch dann, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Filterkuchens hoch ist, ist
eine große Heizkapazität erforderlich und dadurch steigen die Treibstoffkosten (Brennstoffkosten)
an.
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Es besteht daher seit langem ein Bedarf nach einem Verfahren, das
sicherstellt, daß der dem Trockner und den darauffolgenden Stufen zugeführte Filterkuchen
mit einer konstanten Geschwindigkeit zugeführt wird, wobei dessen Feuchtigkeitsgehalt
innerhalb vorher festgelegter Grenzen gehalten wird.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Einführung eines Filterkuchens in einen Trockner mit einer konstanten
Geschwindigkeit anzugeben, wobei als
Filterkuchen ein solcher verwendet
wird, der aus dem im aufgeschlämmten Zustand vorliegenden Staub, der in Stahlöfen
gesammelt worden ist, hergestellt worden ist. Ziel der Erfindung ist es insbesondere,
den aufgeschlämmten Staub zu entwässern unter Bildung eines Filterkuchens mit einer
einheitlichen QualitätZlnd den aus dem aufgeschlämmten Staub hergestellten Filterkuchen
den Nachfolge stufen in einer konstanten Menge und mit konstanter Geschwindigkeit
zuzuführen unter Rerstellung von Pellets.
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Diese Ziele werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Staub
im aufgeschlämmten Zustand (in Form eines Schlammes) aus einem Schachtofen (Gebläsehochofen),
einem Stahlherstellungsofen (Konverter), einer Sintervorrichtung und dgl., in einem
bestimmten Verhältnis mit trockenem Staub gemischt wird. Dabei wurde insbesondere
gefunden, daß die Konzentration der gemischten Aufschlämmung einer der wichtigen
Faktoren zur Erreichung der oben genannten Ziele ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abfiltrieren von Wasser
von einem Staubaufschlämmungsgemisch aus einer SchachtofenStaubaufschlämmung und
Konverteraufschlämmung in dem Rückgewinnungssystem in Eisen- und Stahl-Werken, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Menge des Filterkuchens nach dem Filtrieren
kontinuierlich überwacht wird, um die Austragsgeschwindigkeit (-menge) aus dem verwendeten
Filter so zu regulieren, daß eine praktisch einheitliche Menge ausgetragen und in
die nachfolgenden Stufen in dem System eingeführt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung
des vorstehend geschilderten Verfahrens, insbesondere zum Filtrieren einer Mischung
von Staubaufschlämmungen, die bestehen aus einer Schachtofen-Staubaufschlämmung,
einer Konverterstaubaufschlämmung und trockenem Staub, die gekennzeichnet ist durch
ein Filter, dessen Austragsmenge regulierbar ist, ein Förderband, das den ans dem
Filter ausgetragenen Filterkuchen aufnehmen
kann, und eine Einrichtung
zur Steuerung der Austragsmenge aus dem Filter durch Uberwachung der auf das Förderband
ausgetragenen Menge.
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Erfindungsgemäß wird demzufolge die gemischte Aufschlämmung, die unter
Verwendung eines geeigneten Filters, wie z.B. eines Rotationsvakuumfilters, das
für die kontinuierliche Entwässerung oder Filterung geeignet ist (nachfolgend als
Bandfilter bezeichnet) entwässert worden ist, einem Förderband zugeführt, dem eine
Wiegeeinrichtung zugeordnet ist, um die Austragsmenge des Filters und die Geschwindigkeit
des Bandfilters entsprechend dem durch die Wiegeeinrichtung ermittelten Gewicht
zu regulieren, um den Filterkuchen mit einer konstanten Geschwindigkeit bzw. Menge
zuzuführen. Außerdem wird die Konzentration der gemischten Aufschlämmung innerhalb
eines geeigneten Bereiches gehalten, um einen Filterkuchen mit einem vorher festgelegten
Feuchtigkeitsgehalt zu erzielen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf mehrere Tabellen
und die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein. Die beiliegenden Zeichnungen haben die folgenden Bedeutungen: Fig. 1 erläutert
die Beziehung zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt in dem Filterkuchen und der Konzentration
der gemischten Staubaufschlämmung; Fig. 2 erläutert die Beziehung zwischen der durch
den Trockner verarbeiteten Menge des Filterkuchens und der Temperatur des Abgases-des
Trockners; Fig. 3 zeigt in schematischer Form ein System von der Staubzufuhrstation
bis zu einem Trockner; und Fig. 4 und 5 erläutern die Gleichmäßigkeit der erfindungsgemäßen
Arbeitsweise.
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Wie oben angegeben, wurde bei den Tests, bei denen ein Rotationsvakuumfilter
verwendet wurde, erfindungsgemäß gefunden, daß der Feuchtigkeitsgehalt des Filterkuchens
im wesentlichen konstant gehalten werden kann, wenn die Konzentration der gemischten
Aufschlämmung, die hauptsächlich aus Schachtofenstaub und Konverterstaub besteht,
innerhalb eines bestimmten Bereiches gehalten wird, auch wenn die Rotationsgeschwindigkeit
des Filter bis zu einem gewissen Grade variiert. Es ist auch bereits bekannt, daß
beim Trocknen eines Filterkuchens mittels eines Rotationstrockners oder dgl. bis
zu einem bestimmten Feuchtigkeitsgehalt die behandelte Menge in enger Beziehung
zu der Temperatur des aus dem Trockner abgeführten Gases steht.
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Die Beziehung zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt in dem Filterkuchen
und der Konzentration der gemischten Staubaufschlämmung ist in der Fig. 1 dargestellt.
Daraus geht hervor, daß der Feuchtigkeitsgehalt des erhaltenen Filterkuchens praktisch
konstant wird, wenn die Konzentration der einem Rotationsfilter zugeführten gemischten
Auf scMämmung ungefähr innerhalb eines Be reiches von 35 bis 45 Gew.-% liegt, und
der Feuchtigkeitsgehalt des Filterkuchens ist fast konstant und liegt bei dem oben
angegebenen Konzentrationsbereich bei beispielsweise etwa 30 Gew.-%.
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Es sei auch darauf hingewiesen, daß durch eine gewisse Schwankung
der Rotationsgeschwindigkeit des Filters der Feuchtigkeitsgehelt des Filterkuchens
kaum beeinflußt wird. Das in der Fig. 1 dargestellte Diagramm wurde bei dem nachfolgend
beschriebenen Test erhalten.
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Die gemischte Aufschlämmung wurde hergestellt durch Mischen einer
Schachtof enstaub-Auf schlammung und einer Konverterstaub-Aufschlämmung in einem
Verhältnis von 1:3, bezogen auf das Trockengewicht. Die physikalischen Faktoren
beider Auf schlämmungen sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben. Dieser Mischung
wurde der von Sammlern oder Auffangeinrichtungen vom Trocken-Typ gesaT.Tnelte oder
aufgefangene trockene Staub zugesetzt zur Herstellung von Aufschlämmungsgemischen
verschiedener
Konzentrationen. In der nachfolgenden Tabelle II
sind bestimmte physikalische Eigenschaften des für diese Zugabe verwendeten trockenen
Staubes angegeben. In der weiter unten folgenden Tabelle III ist die Zusammensetzung
jeder vemendeten Auf schlämmung angegeben.
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Tabelle I (Aufschlämmung) echtes Durchmesser der Staubteilchen (mm)
spez. 0,295- 0,147- 0,074-> 0,295 < 0,063 Gewicht 0,147 0,074 0,063 Schachtofenstaub-Auf-
2,5 t 0,3 4,2 17,2 13,4 64,9 schlämmung Konverterstaub-Auf- 5,0 0,3 1,5 2,6 2,5
93,2 schlämmung Fußnoten : 1. Das echte spezifische Gewicht wurde unter Tervendung
eines Pycnometers bestimmt; 2. der Durchmesser der Teilchen wurde nach dem Naßsiebverfahren
ermittelt, und die Werte sind in % angegeben.
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Tabelle II (trockener Staub) Ofen echtes Durchmesser der Staubteilchen
(mm) spez. # 0,295 0,295- 0,147- 0,074-Gewicht 0,147 0,074 0,044 Schachtofen (Oberseite
und 3,40 1,2 20,9 52,8 19,3 5,8 Vorderseite des Ofens) Konvertertrockenelektrostatikpräzipi-
4,42 0,1 0.2 0,4 1,3 98.0 tabor Sinterelektrostatikpräzipitator 3,82 0,7 13,7 39,5
18,9 27,8
Fußnote zur Tabelle II : Für diese Tabelle gelten die
gleichen Fußnoten wie für die obige Tabelle 1.
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Tabelle III (Zusammenseitzung des Staubes) SiO2 Fe2O3 FeO Al2O3 andere
Schachtofenstaub-Auf- 46,5 6,5 34,5 0,6 3,3 8,6 schlämmung Konverterstaub-Aufschlämmung
0,4 1,7 26,0 60,5 < 0,01 11,3 Schachtofenstaub (Ober- 29,35 6,59 39,59 2,62 2,53
19,32 seite und Vorderseite) Konverter-Trockenelek- 0,27 1,11 88,79 0,83 0,45 8,55
trostatikpräzipitator-Staub Sinter-Elektrostatikpräzipi- 3,58 7,36 63,04 4,77 2,44
18,81 tator-Staub Der obige Test wurde durchgeführt unter Verwendung eines Bandfilters
mit einem Trommeldurchmesser von 3600 En.
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Unter Verwendung der gleichen Aufschlämmungen wie in dem oben beschriebenen
ersten Test Erde ein weiterer Test durchgeführt.
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Bei diesem zweiten Test wurde die Konentration der gemischten Aufschlämmung
auf einen Wert innerhalb des Bereiches von 35 bis 45 Gew. - % eingestellt uni es
wurden 6 Bandfilter jeweils mit einem Trommeldurchmesser von 3600 mm verwendet.
Es wurde ein Filterkuchen in einer Rate von 10 bis 36 Tonnen/Stunde, bezogen auf
das
Trockengewicht, hergestellt. Der nach dem obigen Verfahren
erhaltene Filterkuchen wurde getrocknet unter Verwendung eines Rotationstrockners
mit einem Innendurchmesser von 4,2 m und einer axialen Länge von 36 m und die in
dieser Trocknungsstufe erhaltenen Ergebnisse sind in der Kurve der Fig. 2 dargestellt,
welche die im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Menge des in dem Trockner
behandelten Filterkuchens und der Temperatur des von dem Trockner abgegebenen Gases
zeigt. Der Test wurde in der Weise durchgeführt, daß der Feuchtigkeitsgehalt des
getrockneten Filterkuchens so eingestellt (kontrolliert) wurde, daß er innerhalb
des Bereiches von 1,0 bis 2,0 Gew.-% lag, und der Feuchtigkeitsgehalt des in den
Trockner eingeführten Filterkuchens betrug 28 Gew. -%. Diese lineare Beziehung gilt
auch dann, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des verwendeten Filterkuchens sich ändert
oder verschieden von demjenigen ist, der in dem durchgeführten Test angewendet wurde.
Aus den in der Fig. 2 angegebenen Ergebnissen geht hervor, daß ein getrockneter
Filterkuchen mit einem gleichmäßigen Feuchtigkeitsgehalt erhalten werden kann, wenn
die Temperatur des von dem Trockner abgegebenen Abgases entsprechend der Menge des
in den Trockner eingeführten Filterkuchens kontrolliert wird, wenn die Menge des
in den Trockner eingeführten Filterkuchens mit einem festen Feuchtigkeitsgehalt
variiert wird.
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Wie vorstehend erläutert, ist es für die Durchführung eines glatten
und kontinuierlichen Betriebs in dem System nach dem Trocknen in einem Staubbehandlungsverfahren
oder einem Verfahren zur Herstellung von Pellets aus dem Staub wichtig, daß der
Filterkuchenund danach der getrocknete Filterkuchen oder das entstehende Pulver
einen festen oder vorher festgelegten Feuchtigkeitsgehalt aufweisen.
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So besteht beispielsweise ein fast unerläßlicher Faktor in einem Pelletisierungsverfahren,
in dem Staub als hauptsächliches Ausgangsmaterial verwendet wird, darin, ein getrocknetes
Pulver mit einem einheitlichen Feuchtigkeitsgehalt in das Pelletisierungs system
einzuführen, in-dem dem getrockneten Pulver innerhalb des
Systems
Wasser zugesetzt wird, wodurch der Betrieb der Pelletisierungseinrichtung erleichtert
und die Herstellung von rohen Pellets einer gleichmäßigen Qualität ermöglicht wiri.
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Wenn der Feuchtigkeftsgehalt des getrockneten Pulvers gegenüber einem
bestimmten,vorher festgelegten Wert abweicht (variiert), kann eine Verstopfung in
den Zuführungseinrichtungen in den Stufen des Systems nach dem Trockner auftreten
oder es kann an den in dem System verwendeten verschiedenen Rutschen (Schächten)
haften. Durch diese Störungen ist es unmöglich, das Staubbehandlungssystem ohne
Unterbrechung in Betrieb zu halten.
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In der Fig. 3 ist das System zur Behandlung des aus verschiedenen
Ofentypen, wie sie in der Eisen- und Stahl-Industrie verwendet werden, verwendete
System schematisch dargestellt.
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Eine Schachtofenstaub-Auf schlätimung und eine Konverterstaub-Aufschlämmung
werden jeweils durch die eitungen 11 und 12 in ein Mischerbad 13 eingeführt. Um
die Konzentration der Mischung der Aufschlämmungen (der gemischten Aufschlammu:
etwa innerhalb des Bereiches von 35 bis 45 Gew.-% zu halten, wird auch der mittels
Sammlern vom Trocken-Typ gesammelte trockene Staub durch ein Förderband 15 in das
Bad 13 eingeführt und die gesamte Mischung wird durch eine Mischrühreinrichtung
16, die in dem Bad 13 vorgesehen ist, gerührt. Die gesamte gemischte Aufechlämmung
wird dann durch eine Leitung 17 in einen Rührbehälter 18 überführt. Der Behälter
18 ist mit einer geeigneten Rühreinrichtung, beispielsweise einem drehbaren Rührer
19, ausgestattet, um die gemischte Aufschläinmung in einer einheitlichen Form aufrechtzuerhalten.
Die auf diese Weise in einer einheitlichen Form gehaltene gemischte Aufschlämmung
wird dann durch eine Leitung 20 in einen Aufnahmebehälter 21 überführt, in dem ein
Bandfilter 22 vom Troininel-Typ angeordnet ist. Die Rotationsgeschwindigkeit des
Bandfilters ist variabel und das Bandfilter ist mit einem variablen Geschwindigkeitsantrieb
23 ausgestattet. Durch Rotation des
Bandfilters 22 erhält man einen
Filterkuchen 24 mit einem festen oder vorher festgelegten Feuchtigkeitsgehalt, wie
in Fig. 2 dargestellt, wenn die Konzentration der gemischten Auf schlämmung innerhalb
eines vorher festgelegten Bereiches liegt. Der Filterkuchen 24 wird auf ein Förderband
25 ausgetragen, welches den Filterkuchen 24 durch eine Rutsche (einen Schacht) 27
in einen Rotationstrockner 26 überführt. Eine geeignete Wiegeeinrichtung 28 ist
dem Förderband zugeordnet, um die Schwankungen in bezug auf die Menge des an das
Förderband abgegebenen Filterkuchens zu bestimmen und die variable Antriebseinrichtung
23 so zu regulieren, daß die Rotationsgschwindigkeit des Bandfilters 22 kontrolliert
wird, so daß der Filterkuchen mit einer konstanten Geschwindigkeit dem Trockner
26 zugeführt wird.
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Dem Trockner 26, aus dem der getrocknete Filterkuchen in Form eines
Pulvers 30 ausgetraGen wird, ist ein Heißluftgenerator 29 zugeordnet. Das getrocknete
Pulver wird mittels eines Förderbandes 31 in die nächste Stufe transportiert. Hier
ist eine Auslaßleitung 32 vorgesehen, mit der ein Temperaturfühler 33 gekoppelt
ist, welcher die Temperatur des Abgases mißt. Entsprechend der Temperatur des Abgases,
die von dem Fühler 33 gemessen wird'und entsprechend dem Wert, der von der Wiegeeinrichtung
28 ermittelt wird, ist es möglich, den dem Heißluftgenerator durch eine Brennstoffzuführungsleitung
34 zugeführten Brennstoff (Treibstoff) so zu regulieren, daß die Temperatur an dem
Fühler 33 auf den gewünschten Wert eingestellt und bei diesem Wert gehalten wird,
um ein getrocknetes Pulver mit einem festen oder vorher festgelegten Feuchtigkeitsgehalt
in einer konstanten Rate (Geschwindigkeit) zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist ein
Strömungsregulierventil 35 in der Brennstoffzuführungsleitung 34 angeordnet, mit
dem ein Schalter 36 gekoppelt ist. Der Schalter 36 dient dazu, ein Signal von einer
Kontrolleinheit 38 zu empfangen, welche die Temperaturinformation von dem Fühler
empfängt und dabei das Signal abgibt. Das Signal steuert den
Schalter
36, wodurch der Öffnungsgrad des Ventils 35 bestimmt wird. Zwei tufteinlaßrohre
39 und 40 stehen mit dem Heißluftgenerator in Verbindung, wobei durch das Rohr 39
die Luft eingeführt werden kann, die für die Verbrennung des Brennstoffes (Treibstoffes)
erforderlich ist, während das Rohr 40 der Einführung von Frischluft für die Kontrolle
der Temperatur der Heißluft dient. Vorzugsweise ist auch eine geeignete Reguliereinrichtung
(nicht dargestellt) in dem Rohr 40 vorgesehen, die durch die Kontrolleinheit 38
kontrolliert (gesteuert) wird.
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In den Fig. 4 und 5 sind die Einheitlichkeit (Gleichmäßigkeit) und
die Geschwindigkeit (Rate) der erfindungsgemäßen Arbeitsweise erläutert. Der bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Schwankungsbereich des Feuchtigkeitsgehaltes
ist in der Fig. 4 graphisch dargestellt, in der das Ziel angestrebt wurde, einen
Feuchtigkeitsgehalt von 1,5 % zu erzielen. Die Schwankung der Menge des behandelten
Filterkuchens ist in der Fig. 5 dargestellt. Der Feuchtigkeitsgehalt und die Gleichmäßigkeit
des Austrags aus dem Trockner lagen innerhalb eines für den glatten und kontinuierlichen
Betrieb der nächsten oder nachfolgenden Stufen des Pelletherstellungssystems sehr
zufriedenstellenden Bereiches.
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Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte
Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich,
daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht
abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden
Erfindung verlassen wird. So kann beispielsweise jeder beliebige Typ einer Filtriereinrichtung,
wie z.B. einer solchen vom Förderband-Typ, Oliver-Typ, zylindrischen oder Band-Xyps
verwendet werden. Es kann auch ein Trockner eines anderen Typs als des vorstehend
angegebenen Rotationstyps verwendet werden.
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Patentansprüche: