DE3511958C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schlackensand (Granulat) aus Hochofenschlacke durch Granulieren der Schlacke mittels Eindüsen von Wasser in einem Sprühkopf in den Schlackenstrahl, wobei das ent­ stehende Granulat-Wasser-Gemisch in einer nachfolgenden Entwässerungsanlage entwässert, das Granulat einer Ver­ teileranlage zugeführt und das Prozeßwasser nach Ersatz der durch Verdampfung und der im Granulat verbleibenden Restfeuchte entstandenen Verluste im Kreislauf dem Spritzkopf wieder zugeführt und die beim Granulieren ent­ stehenden Dämpfe und Gase in einem Raum oberhalb einer Granulat-Wasser-Gemisch-Vorlage aufgefangen werden.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Herstellen von Schlackensand (Granulat) aus Hochofen­ schlacke, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung.

Es ist bekannt, daß bei der Umwandlung von Eisenerz zu Roheisen in einem Hochofen neben dem flüssigen Roheisen in erheblichem Umfang Hochofenschlacke entsteht. Bei jedem Abstich entsteht eine Schlackenmenge, deren Ge­ wicht etwa einem Dritttel des Roheisengewichts ent­ spricht, während der Volumenanteil an Schlacke wegen der geringeren Dichte der Schlacke größer ist als der Volumenanteil an Roheisen.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, aus der Hoch­ ofenschlacke durch Granulieren der flüssigen Schlacke unmittelbar am Hochofen ein hochwertiges Granulat zu erzeugen, mit einem hohen Prozentsatz glasiger Anteile, gleichmäßigem Kornaufbau und guter Mahlbarkeit. Das gebildete Granulat kann dann zur Weiterverarbeitung für Baustoffe zwischengespeichert und abtransportiert werden.

Ein wichtiger Schritt in der Verarbeitung des Granulats ist die Entwässerung. Dazu sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt (DE-PS 15 83 949 und 22 60 924) sowie moderne Entwässerungsmaschinen mit Schöpfrädern, in denen das Schlackensand-Wasser-Gemisch auf eine geringe Restfeuchte entwässert und das Prozeß­ wasser zur Wiederverwendung zurückgeführt wird (DE-OS 27 49 143, 28 07 441 und 29 11 903).

Bei diesen bekannten Verfahren erfolgt die Schlacken­ granulation dadurch, daß die flüssige Schlacke von etwa 1500°C durch einen aus vielen Einzelstrahlen be­ stehenden Treibstrahl aus einem Sprühkopf mit einer Temperatur von 35-40°C besprüht und dadurch zu einem feinen Granulat verarbeitet wird. Der bei diesem Ver­ fahren auftretende Wasserdampf ist mit hohen Mengen an H₂S und H₂O beladen, insbesondere bei Verwendung von schwefelhaltigen Erzen. Die in dem bei der Abschreckung der Schlacke entstehenden Wasserdampf enthaltenen Schad­ stoffanteile H₂S und SO₂ werden bisher im Dampf über einen Kamin ausgestoßen. Bei einer Vorrichtung zum Granulieren von Hochofenschlacke, wie sie aus der DE- AS 26 14 885 bekannt ist, werden der beim Granulieren gebildete Dampf und die beim Granulieren freigesetzten Gase, insbesondere H₂S, über einen hohen Schornstein abgeführt.

Ein System zur Herstellung von granulierter Schlacke ist ferner aus der DE-Z "Fachberichte Hüttenpraxis Metall­ weiterverarbeitung", Vol. 20, No. 10, 1982, Seiten 744- 746, bekannt, bei dem zur Erfüllung der jeweiligen Emissionsvorschriften in den Kamin ein Dampfkondensator eingebaut werden kann, der ein Kondensieren der Dämpfe, einschließlich kondensierbarer Schadstoffe, ermöglicht. Dadurch soll verhindert werden, daß zu große, also gegen die Emissionsvorschriften verstoßende Schadstoffmengen an die Umgebung der Anlage abgegeben werden. Bei diesem bekannten Schlackengranuliersystem kann jedoch eine Schadstoffabgabe nicht vollständig verhindert werden, weil der Kamin der Anlage gegen die Umgebung offen ist und alle flüchtigen Stoffe einschließlich flüchtiger Schadstoffe aus dem Kamin entweichen können, soweit sie nicht kondensiert werden. Eine vollständige Inhibierung der Schadstoffemission war am Publikationstag der vor­ genannten DE-Z auch gar nicht erforderlich, da die lokalen Vorschriften die Emission gewisser Schadstoff­ mengen zuließen. Beispielsweise sind hier Fälle denkbar, in denen ein erhöhter Schlackenanfall auch zu einem verstärkten Anfall von Dämpfen und flüchtigen Schad­ stoffen führt. Eine Kondensation ist dann nicht mehr möglich. Der im Kamin der bekannten Anlage angeordnete Dampfkondensator muß in solchen Situationen mehr oder weniger große Dampf- und Schadstoffmengen passieren lassen, die dann ungehindert in die Umgebung strömen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu­ grunde, den im vorangehenden geschilderten Nachteilen abzuhelfen und ein wesentlich verbessertes Verfahren der eingangs definierten Art zu schaffen, durch welches gewährleistet ist, daß sämtliche Schadstoffanteile wie H₂S und SO₂ ausgeschieden bzw. in Wasser gelöst werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen von Schlackensand, wie dies eingangs definiert ist, gemäß der Erfindung durch die Verfahrensmaßnahmen ge­ löst, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben sind.

Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt der Aus­ wasch- und Kondensationsvorgang des Wasserdampf-Ab­ dampf-Gemisches (Abdampf = Luft + Schadstoffe SO₂ und H₂S) in einem gegenüber der Umgebung der Anlage voll­ ständig abgeschirmten, geschlossenen Kreislauf. Hierbei ist die Teilkondensation des Wasserdampf-Abdampf-Ge­ misches integraler Bestandteil des Verfahrens nach der Erfindung, bei dem die Gasströme im geschlossenen Kreis­ lauf geführt werden, ohne daß eine Emission von Schad­ stoffen, insbesondere H₂S und SO₂, über einen Kamin erfolgt.

Diese erfindungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen sind hin­ sichtlich ihrer Einfachheit verblüffend und führen über­ raschend zu dem Ergebnis, daß die Herstellung von Schlackensand wirtschaftlich durchgeführt werden kann, ohne daß Schadstoffe in die Umgebung einer Anlage emittiert werden, in welcher das Verfahren nach der Er­ findung angewendet wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Herstellen von Schlackensand (Granulat) aus Hochofenschlacke mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 6 zu schaffen, insbesondere eine Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, und diese Einrichtung in der Weise auszubilden, daß eine vollständige Abscheidung von Schadstoffen ge­ währleistet ist und die Einrichtung damit noch wesent­ lich umweltfreundlicher arbeitet, im Unterschied zu der aus der weiter oben gewürdigten DE-Z "Fachberichte, Hüttenpraxis Metallweiterverarbeitung" bekannten Vor­ richtung, die einen Kamin aufweist, d. h. also einen gegen die Umgebung offenen Abzug, durch den mehr oder weniger große Schadstoffmengen in die Umgebung der An­ lage abfließen, selbst wenn in diesen Kamin ein Dampf­ kondensator eingebaut ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird bei einer Einrichtung zum Herstellen von Schlackensand gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Abzug gegen die Umgebung der Einrichtung mit einer Plattendampfsperre abgeschlossen und als Kondensator ausgebildet ist, daß Sprühdüsen zum Be­ sprühen des Dampfes und der Schwaden aus der Vorlage vorgesehen sind und daß am Kopfende des Kondensators eine Rückführleitung für Restgas zum Injektor angeordnet ist. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 in der Rückführleitung für Restgas eine Drosselklappe vor­ gesehen ist.

Gemäß Anspruch 8 ist es ferner zweckmäßig, zur Ver­ hinderung einer Implosion in der Rückführleitung ein Unterdruckventil anzubringen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist (sind) im Kondensator eine (mehrere) Wasserfangrinnen angeordnet (Anspruch 9).

Besonders günstig ist es weiterhin, wenn gemäß Anspruch 10 die Sprühdüsen in mehreren Reihen übereinander am Mantel des Kondensators angebracht sind.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird der mit Wasserdampf-Gasen und Granulat versetzte Treibstrahl direkt in eine große Wasservorlage eingespritzt. Dabei sorgt der mit dem Treibstrahl in die Wasservorlage ein­ gebrachte Impuls für eine intensive Vermischung und zugleich verbesserte Wärmeabgabe. Im Kondensator über der Wasservorlage werden der noch verbleibende Restdampf und die noch nicht ausgewaschenen Schadstoffe H₂S und SO₂ im Gegenstrom mit Sprühwasser abgekühlt und konden­ siert, vom Wasser aufgenommen und an den im Kühlwasser befindlichen Kalk in Verbindung mit einem Oxidations­ potential abgegeben. Das im Kondensator eingedüste Wasser wird in Verbindung mit den aufgenommenen Schad­ stoffen aus den Dämpfen und Gasen über eine Pumpstation und den Kühlturm dem Injektor zugeführt. Während des dort stattfindenden Granulierprozesses lagern sich die gebildeten Gipspartikel an entstehendem Granulat an und werden mit dem Granulat ausgetragen. Das nach der Dampf­ kondensation verbleibende Restgas, bestehend aus Luft und Restspuren von H₂S und SO₂, wird vom Kopfende des Kondensators abgezogen und über die Rückführleitung dem Injektor wieder zugeführt, so daß sich schließlich ein stetiger Gaskreislauf bildet. Da für den Granulations- Injektor keine Frischluft gebraucht wird, geht der sonst unvermeidbare Abgasstrom auf Null zurück.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele des erfindungs­ gemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung sowie deren Vorteile näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 Fließschema einer Schlacken- Granulationsanlage, und

Fig. 2 Schema einer Einrichtung zur Granulierung.

Aus dem Fließschema einer Schlacken-Granulations- Anlage gemäß Fig. 1 ist ersichtlich, daß die von einem Hochofen 1 kommende flüssige Schlacke über eine Schlackenrinne 2 einem Injektor 4 mit einem Sprühkopf 3 und einem Düsenkopf 5 zugeleitet wird. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Granuliereinrichtungen vorgesehen, die in gleicher Weise aufgebaut sind und in denen die verschiedenen Reaktionen gleichartig verlaufen, so daß nachfolgend nur eine Granuliereinrichtung beschrieben wird.

Die Schlacke fällt am Ende der Rinne 2 durch eine Öffnung in den Injektor 4. Der vom Düsenkopf 5 kommende Treibstrahl erfaßt die Schlacke und beschleunigt sie in Richtung einer Vorlage 6. Der Düsenkopf 5 des Injektors 4 besteht im wesentlichen aus einer Düsenplatte mit einer Vielzahl von Düsen relativ kleinen Durchmessers.

Das nach oben offene Profil des Treibstrahles des Düsenkopfes 5 wird durch eine weitere Reihe von Wasserstrahlen des Sprühkopfes 3 abgedeckt. Dadurch wird ein Rückschlagen von Gas oder Dampf zur Rinne 2 vermieden. Das Treibwasser des Düsen­ kopfes 5 und der Wasserstrahl des Sprühkopfes 3 treibt die Schlacke und das in den Sprühkopf einströmende Gas in das Wasser der Vorlage 6 hinein.

Durch den Einfluß des Treibstrahles wird die Schlacke zu feineren Körnchen granuliert. Nach der Vorlage 6 wird ein entstehendes Granulat-Wasser- Gemisch über die Abflußleitung 18, die vorzugs­ weise ein Gefälle aufweist, einer Entwässerungs­ einrichtung 19 zugeleitet. Die Entwässerungs­ einrichtung 19 kann aus einem oder mehreren Silobehältern bestehen, in denen das Granulat sich absetzt. Die Entwässerung kann aber auch in (nicht dargestellten) Entwässerungsmaschinen (z. B. mittels Schöpfrädern) durchgeführt werden.

Oberhalb der Vorlage 6 ist ein Kondensator 9 angeordnet, in dessen Wand reihenförmig Sprüh­ düsen 10 angeordnet sind. Der Kondensator 9 ist mit einem Abzug 13 versehen, in dem eine Platten­ dampfsperre 12 vorgesehen ist.

Unterhalb der Sprühdüsen-Reihen 10 ist eine oder sind mehrere Wasserfangrinnen 11 angeordnet, von denen über eine Wasserrückführleitung 21 das Kondensatwasser einem (nicht dargestellten) Wasserrückkühler zugeleitet wird.

Die Sprühdüsen 10 werden über eine Sprühwasser­ leitung 20 mit Prozeßwasser versorgt.

Die Zufuhr von Treibwasser in den Injektor 4 bzw. Düsenkopf 5 und Sprühkopf 3 erfolgt über die Treibwasserzufuhrleitung 8.

Der Kondensator 9 weist ein Kopfende 15 auf, an das eine Rückführleitung 14 angeschlossen ist, die das Restgas aus dem Kondensator 9 dem Injektor 4 wieder zuführt. In der Rückführleitung 14 ist eine Drosselklappe 16 angeordnet sowie ein Unterdruck­ ventil 17.

Das Prozeßwasser wird im Kreislauf geführt, wobei Verdampfungsverluste und die Verluste durch die im Granulat verbleibende Restfeuchte ersetzt werden. Ebenso bildet sich ein stetiger geschlossener Gaskreislauf heraus.

Das neue Verfahren und die Wirkungsweise der neuen Granuliereinrichtung werden anhand der Fig. 2, die schematisch einen Querschnitt einer derartigen Granuliereinrichtung darstellt, näher erläutert.

Die Schlackengranulierung erfolgt dadurch, daß die flüssige Schlacke von etwa 1500°C im Injektor 4, aus der Schlackenrinne 2 kommend, einem aus vielen Einzelstrahlen gebildeten Treibstrahl ausgesetzt und zu feinem Granulat verarbeitet wird. Der danach vorliegende Treibstrahl setzt sich aus dem Schla­ ckengranulat, aus Wasser, Wasserdampf und etwas Luft zusammen. In dem bei der Abschreckung der Schlacke entstehende Wasserdampf sind Anteile von H₂S und SO₂ enthalten.

Der mit Wasserdampf, Granulat und den Schwefel­ emissionen durchsetzte Treibstrahl wird direkt in die Wasservorlage 6 eingeblasen. Dadurch erfolgt eine intensive Vermischung und erhöhte Wärmeabgabe. Der noch verbleibende Restdampf und die noch nicht ausgewaschenen Anteile H₂S und SO₂ werden im Kondensator 9 im Gegenstrom mit Sprühwasser aus den Düsen 10 abgekühlt und kondensiert. Die gasförmigen Schwefelemissionen werden vom Wasser aufgenommen und über das Kühlwasser abgegeben, wobei sie sich mit dem darin befindlichen Kalzium verbinden.

Das nach der Dampfkondensation verbleibende Restgas aus Luft und Restspuren von H₂S und SO₂ wird am Kopfende 15 des Kondensators 9 abgezogen und über die Rückführleitung 14 dem Injektor 4 wieder zugeführt.

Die Schlackenrinne 2 ist mit einer Abdeckhaube 7 versehen. Unter dieser Abdeckhaube 7 entsteht ein statischer Unterdruck.

Der Impuls des Treibstrahles und der Wasserstrahlen aus dem Sprühkopf 3 ist so groß gewählt, daß das aus der Rückführleitung 14 in dem Injektor ein­ strömende Gas einschließlich der Schlacke in das Wasser der Vorlage 6 hineingetrieben wird. Im Inneren des Kondensators 9 ist eine bis in die Wasservorlage 6 hineinreichende Wand vorgesehen, die einen Wasserverschluß bildet, wodurch ein Abströmen von Gas und Dampf verhindert wird, und der Unterdruck innerhalb des Kondensators 9 aufrecht erhalten bleibt.

In der Vorlage 6 vermischt sich die Schlacke mit dem Treibwasser, wobei ein entsprechender Wärme­ ausgleich stattfindet. Ist der Schlackenstrom klein, so bleibt die Wassertemperatur der Vorlage 6 unter der Siedetemperatur. Ist der Schlackenzufluß groß, so verdampft ein Teil des Wassers in der Vorlage 6. Dieser Dampf und das vom Injektor in die Vorlage 6 geförderte Gas steigt nach oben und strömt durch die Wasserfangrinnen 11 in den Kondensatorraum. Durch die Düsen 10 wird das zugeführte Sprühwasser zernebelt und mit dem aufsteigenden Gas-Dampfstrom vermischt. Auch hier erfolgt somit ein Wärmeausgleich und ein Stoffaus­ tausch zwischen dem Gas-Dampfstrom und dem Sprüh­ wasser. Der Dampf wird dabei kondensiert und mit dem nach unten fallenden Sprühwasser ausgewaschen und über die Wasserfangrinnen 11 und die Wasser­ rückführleitungen 21 zum Wasserrückkühler weiter­ geleitet. Ein eventuell weiter aufsteigender Gasrest wird zusammen mit einem restlichen Anteil von Dampf im Kondensatorkopf 15 gesammelt und über die Rückführleitung 14 wieder dem Injektor 4 zugeleitet.

Zur Verhinderung einer etwaigen Implosion bei Betriebsstörungen ist in der Rückführleitung 14 ein Unterdruckventil 17 angeordnet.

Während des Anfahrvorganges ist die Temperatur im Kondensator 9 gleich der Umgebungstemperatur. Nach dem Einschalten des Treibwassers und des Sprüh­ wassers steigt die Temperatur der im Kondensator 9 befindlichen Luft auf die Temperatur des Wassers an. Die im Kondensator befindliche Luft expandiert dabei isobar. Das entsprechende Volumen fließt über die als Ventil wirkende Plattendampfsperre 12 in den Abzug 13 und von dort in die freie Atmosphäre. Diese abströmende Luft ist frei von jeglichen Schadstoffen.

Durch das Eintreiben des Schlacke-Treibwasser- Gemisches in das Wasser der Vorlage 6 unterhalb dessen Oberfläche und die Kondensation im Konden­ sator 9 durch das Sprühwasser der Düsen 10 werden die gasförmigen Schwefelemissionen H₂S und SO₂ prak­ tisch vollkommen ausgeschieden bzw. ausgefällt. Die verbleibenden Restmengen werden durch die Rückführleitung 14 im geschlossenen Kreislauf dem Prozeß wieder zugeführt, so daß keine Emissionen von Schadstoffen in die freie Atmosphäre austreten können. Die der Granulationseinrichtung nach­ folgenden Teile der Granulationsanlage, wie beispielsweise Warmwasserbehälter, Kühltürme, Kaltwasserbehälter, Verladeanlagen und dergl. werden nicht näher erläutert, da sie nicht Gegen­ stand der vorliegenden Erfindung sind.

In den Zeichnungen sind auch die erforderlichen Pumpen, Ventile und dergl. nicht dargestellt.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Schlackensand (Granulat) aus Hochofenschlacke durch Granulieren der Schlacke mittels Eindüsen von Wasser in einem Sprühkopf in den Schlackenstrahl, wobei das entstehende Granulat-Wasser- Gemisch in einer nachfolgenden Entwässerungsanlage ent­ wässert, das Granulat einer Verteileranlage zugeführt und das Prozeßwasser nach Ersatz der durch Verdampfung und der im Granulat verbleibenden Restfeuchte entstandenen Verluste im Kreislauf dem Spritzkopf zugeführt und die beim Granulieren entstehenden Dämpfe und Gase in einem Raum oberhalb einer Granulat-Wasser-Gemisch-Vorlage aufgefangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassertreibstrahl direkt in eine Wasservorlage eingeführt wird, daß dabei auftretender Dampf und Gase teilweise in einer Wasservorlage kondensiert und der Restdampf und die Restgase mit Wasser besprüht und dadurch kondensiert wer­ den und daß die dann noch verbleibenden Restgase wieder an den Spritzkopf zurückgeführt werden, ohne daß eine Emission von H₂S und/oder SO₂ über einen Kamin erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das sich unter der Wirkung des Sprühwassers bildende Kondensat von H₂S und SO₂ in einem Wasserfang oberhalb der Wasservorlage aufgefangen und dem Wasser-Kreislauf zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kondensierraum unterhalb der Bedüsungsebene Überdruck und oberhalb der Be­ düsungsebene Unterdruck aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Granulier­ vorgang entstehende Granulat-Wasser-Gemisch einer (oder mehreren) Entwässerungsmaschine(n) zugeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das entstehende Gra­ nulat-Wasser-Gemisch einem (oder mehreren) Silo­ behälter(n) zugeleitet wird.

6. Einrichtung zum Herstellen von Schlackensand (Granu­ lat) aus Hochofenschlacke durch Granulieren der Schlacke, mit einer Schlackenrinne (2) zur Zufuhr der Hochofen­ schlacke an einen Injektor (Sprühkopf) (4), mit dem in den Schlackenstrahl Wasser eingedüst wird, einem Granu­ latsammelbehälter mit nachfolgenden Entwässerungseinrich­ tungen sowie einem über den Granulatsammelbehälter ange­ ordneten Abzug (13) zum Auffangen der beim Granuliervor­ gang entstehenden Dämpfe und Schwaden, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug (13) gegen die Umgebung der Einrichtung mit einer Plattendampfsperre (12) abgeschlossen und als Kondensator (9) ausgebildet ist, daß Sprühdüsen (10) zum Besprühen des Dampfes und der Schwaden aus der Vorlage (6) vorgesehen sind, und daß am Kopfende des Kondensators (9) eine Rückführleitung (14) für Restgas zum Injektor (4) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (14) eine Drosselklappe (16) vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (14) ein Unterdruckventil (17) angebracht ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Wasserfangrinnen (11) im Konden­ sator (9).

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (11) in mehreren Reihen über­ einander am Mantel des Kondensators (9) angebracht sind.