DE3610257A1

DE3610257A1 - Verfahren zum kontinuierlichen schaeumen von schlackenschmelzen und zum kontinuierlichen granulieren von schlacken- und metallschmelzen

Info

Publication number: DE3610257A1
Application number: DE19863610257
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl Chem Dr More; Karl Dipl Ing Hutzler
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 1986-03-26
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1987-10-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Schäumen von Schlackenschmelzen und zum kontinuierlichen Granulieren von Schlacken-und Metallschmelzen.

Geschäumte und granulierte Schlackenschmelzen werden beispielsweise als Schweiß- oder Stranggießpulver zum Schweißplattieren oder zum Stranggießen von Stahl verwendet.

Es ist bekannt (Mantai, automatisches Schweißen unter einem Schlackenpulver S. 91 f, Verlag Technik Berlin), daß man durch Eingießen überhitzter Schlackenschmelzen geeigneter Zusammensetzung in stehendes Wasser ein geschäumtes bimssteinartiges Produkt erhält. Ebenso ist bekannt (Mantai, automatisches Schweißen unter einem Schlackenpulver S. 91 f, Verlag Technik Berlin), daß man durch Eingießen von Schlackenschmelzen beziehungsweise Metallschmelzen deren Temperatur nur wenig über ihrem Erstarrungspunkt liegt in stehendes Wasser Granulate dieser Schmelzen erhält.

Nachteiligerweise muß beim Granulieren und Schäumen in stehendem Wasser die Gesamtmenge des erzeugten Produktes in einem Behälter gesammelt werden, was insbesondere bei der Herstellung von geschäumten Produkten zur Folge hat, daß wegen deren großen Volumen der Platzbedarf groß ist und daher meist nur kleine Chargen produziert werden können. Weiter ist das Entleeren der Schäumgefäße umständlich und zeitaufwendig, da wegen der leichten Zerbrechlichkeit der geschäumten Produkte der Einsatz mechanischer Vorrichtungen nur bedingt möglich ist.

Die meisten Schlackenschmelzen enthalten Fluorverbindungen, die beim Eingießen der Schmelzen in stehendes Wasser teilweise Fluorwasserstoff ergeben, der dann entweicht. Dies führt zu erheblichen Umweltbelastungen. Das Granulieren von Metallschmelzen in stehendem Wasser ist wegen der ständigen Explosionsgefahr durch den entstehenden Wasserstoff kritisch. Auch das Granulieren von Schlackenschmelzen in stehendem Wasser ist mit Schwierigkeiten verbunden, da die Schlackenschmelzen vielfach durch das Wasserbad hindurchfallen und am Boden des Granuliergefäßes die noch flüssigen Schlacken zu Klumpen zusammenfließen

Weiter können Siedeverzüge durch das Überhitzen des stehenden Wassers auftreten, was zu explosionsartigem Verdampfen des Wassers führen kann.

Weitere bekannte Verfahren (Keil, die Hochofenschlacke, s. 50 f, Stahleisenverlag Düsseldorf) beschreiben das kontinuierliche Schäumen von Hochofenschlackenschmelzen, wobei mittels Wasser und Preßluft die Schlacke geschäumt und verdüst wird. Das so gewonnene Produkt ist jedoch sehr großporig und kann beispielsweise für die Herstellung von Schweißpulvern nicht verwendet werden. Außerdem verläuft dieser Schäumungsprozeß nicht vollständig, deshalb können Schlacken mit niedrigem Schüttgewicht nicht erzeugt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum kontinuierlichen Schäumen von Schlackenschmelzen und zum kontinuierlichen Granulieren von Schlacken- und Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in einem Eingießschacht mit Wasser, das in einem kräftigen Strom durch eine oder mehrere Wasserzuleitungen vom unteren Ende des Eingießschachtes nach oben geführt wird, reagiert, wobei der mit dem Wasser reagierende Strahl der Schmelze vom entgegenströmenden Wasser erfaßt wird und auf eine Rinne, auf der die Reaktion vervollständigt wird, ausgetragen wird.

DieVorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß durch den kontinuierlichen Betrieb große Chargen verarbeitet werden können und kein Entleeren der Schäumungs- bzw. Granulierungsgefäße nötig wird und Siedeverzüge durch den kontinuierlichen Wasserstrom vermieden werden. Weiter werden Produkte mit Korngrößen und Schüttgewichten erhalten, wie sie zum Beispiel für geschäumte Schweißpulver, geschäumte erschmolzene Stranggießpulver, granulierte erschmolzene Schweißpulver oder granuliertes Silicium bzw. Ferrosilicium benötigt werden und die Nachteile des Standes der Technik vermieden.

Der Eingießschacht kann einen ovalen bis kreisförmigen bis polygonalen Querschnitt haben, wobei sich die Fläche des Querschnitts über die Tiefe des Eingießschachtes ändern kann. Die Dimensionen des Eingießschachtes können je nach Art und Menge der Schmelze verschieden sein, vorzugsweise 0,05 bis 1 m₂ Querschnitt der Öffnung und 1 bis 2 m Tiefe. Der Querschnitt nimmt vorzugsweise kontinuierlich von oben nach unten ab.

Die Rinne kann jeden beliebigen nach oben hin offenen Querschnitt haben, sofern eine für den Transport des Gutes ausreichende Strömungsgeschwindigkeit des Wassers gewährleistet ist. Bevorzugt ist ein ovaler bis kreisförmiger bis polygonaler nach oben hin offener Querschnitt. Die Fläche des Querschnitts ist vorzugsweise 0,07 bis 0,15 m², die Länge der Rinne vorzugsweise 1 bis 6 m.

Der Eingießschacht und die Rinne bestehen zweckmäßigerweise aus einem Material, daß gegenüber der Schlacken- und Metallschmelze resistent ist und einen höheren Schmelzpunkt wie die Schlacken- und Metallschmelze besitzt. Bevorzugtes Material für Schlackenschmelzen ist Stahl und für Metallschmelzen eine Kohlenstoff- oder Keramikauskleidung.

Es finden eine oder mehrere Wasserzuleitungen in den Eingießschacht Verwendung, die in verschiedenen Höhen am Einschacht angebracht sein können, wobei zumindest eine am unteren Ende des Eingießschachtes vorzugsweise im Bereich des Bodens installiert ist.

Die bevorzugte Temperatur der Schmelzen beim erfindungsgemäßen Verfahren zum kontinuierlichen Schäumen von Schlackenschmelzen beträgt 1600 bis 1800°C. Das bevorzugte Verhältnis der Produktströme ist 25 bis 35 m³ Wasser für Schmelzen mit Gewichten von 3 bis 5 t.

Beispiele für erfindungsgemäß erzeugte Produkte sind geschäumte Schweißpulver oder geschäumte erschmolzene Stranggießpulver.

Die bevorzugte Temperatur der Schmelzen beim erfindungsgemäßen Verfahren zum kontinuierlichen Granulieren von Schlacken- und Metallschmelzen beträgt 1400 bis 1500°C. Das bevorzugte Verhältnis der Produktströme ist 40 bis 60 m³ Wasser für Schlackenschmelzen und 40 bis150 m³ Wasser für Metallschmelzen mit Gewichten von 3 bis 5 t.

Beispiele für erfindungsgemäß erzeugte Produkte sind granulierte erschmolzene Schweißpulver oder granuliertes Silicium oder Ferrosilicium.

Beim Schäumen und Granulieren entstehende Schadstoffe wie z. B. Fluorwasserstoff oder Wasserstoff werden teilweise mit dem kontinuierlichen Wasserstrom mitgeführt oder können mittels geeigneter Vorrichtungen wie z. B. durch Berießlungsvorrichtungen niedergeschlagen oder z. B. durch Absaugvorrichtungen abgezogen werden und daraufhin nach dem Fachmann bekannten Verfahren entsorgt werden.

Anhand Fig. 1 soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden. Hierbei reagiert die Schmelze aus dem Ofen (1) in einem schmalen Eingießschacht (2) mit Wasser, das in einem kräftigen Strom durch Wasserzuleitungen (3) vom unteren Ende des Schachtes nach oben geführt wird, wobei der mit dem Wasser reagierende Strahl der Schmelze vom entgegenströmenden Wasser erfaßt wird und auf eine Rinne (4), auf der die Reaktion vervollständigt wird, ausgetragen wird. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers und die Eingießgeschwindigkeit der Schmelze ist hierbei zweckmäßigerweise so ausgerichtet, daß die Schmelze im Wasserbad zerteilt wird, etwas absinken kann und bevor sie den Boden des Schachtes erreicht hat auf die Rinne ausgetragen wird. Zu schäumende Schmelzen können direkt in den Eingießschacht gegossen werden. Zu granulierende Schmelzen werden vorzugsweise zuvor auf einen Verteilerstein gegossen, wobei sie auseinanderrinnen und in kleinen dünnen Strähnen verteilt in den Eingießschacht laufen.

Im Anschluß an die Rinne (4) wird vorzugsweise ein Entwässerungssieb (5) mit Wasserablauf (6) angebracht, wo das Wasser von den teilweise glühenden Schlacken- oder Metallteilchen abgetrennt wird, wonach die Teilchen beispielsweise über eine Schurre der Trocknung zugeleitet werden. Die Weiterverarbeitung wie Trocknen, Mahlen und Sieben erfolgt nach dem Fachmann bekannten Verfahren.

Das im Sieb abgetrennte Wasser kann beispielsweise in einem Absetzbecken von Feinteilchen befreit und dann von Schadstoffen entsorgt werden, worauf es dem Prozeß wieder zugeführt werden kann-

Durch die Absaugvorrichtung (7) werden Schadstoffe abgezogen und einer Entsorgung zugeführt.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung des Verfahrens.

Beispiel 1

Ca. 2,6 t Schlackenschmelze T=1725°C wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem Produktstromverhältnis von 30 m³ Wasser für 2,6 t Schmelze zu einem Schweißpulver der nachfolgenden Zusammensetzung geschäumt.

Hierbei waren die Dimensionen des Eingießschachtes (2) 0,36 m² Fläche der Öffnung und 1,2 m Tiefe und die Dimensionen der Rinne (4) 3 m Länge, 0,6 m Breite und 0,2 m Höhe. Der Querschnitt des Eingießschachtes und der Rinne war ein Rechteck. Die Fläche des Eingießschachts nahm kontinuierlich von 0,36 m² an der Öffnung zu 0,23 m² am Boden ab. Der Eingießschacht und die Rinne bestanden aus Stahl.

Chemische Analyse des Schweißpulvers:

SiO₂: 42,8% Al₂O₃: 8,1% CaO: 9,1% MgO: 28,3% Na₃AlF₆: 9,0%

Das resultierende Schüttgewicht des Pulvers war 0,610 kg/l nach Trocknen, Mahlen und Sieben mit Maschenweiten zwischen 0,8 und 1,8 mm.

Die Siebanalyse dieses Produktes ergab:

Siebrückstand auf 2 mm Sieb: 0,3% Siebrückstand auf 1,41 mm Sieb: 33,6% Siebrückstand auf 0,5 mm Sieb: 99,8%

Die Temperatur des vom Produkt befreiten Wassers betrug 60 bis 70°C.

Vergleichsbeispiel 1

Ca. 0,6 t Schlackenschmelze T=1705°C wurden nach konventionellem Verfahren in stehendem Wasser zu einem Schweißpulver der nachfolgenden Zusammensetzung geschäumt.

SiO₂: 43,1% Al₂O₃: 8,7% CaO: 8,8% MgO: 29,2% Na₃AlF₆: 8,1%

Das resultierende Schüttgewicht des Pulvers war 0,612 kg/l nach Trocknen, Mahlen und Sieben mit Maschenweiten zwischen 0,8 und 1,8 mm.

Die Siebanalyse dieses Produktes ergab:

Siebrückstand auf 2 mm Sieb: 0,1% Siebrückstand auf 1,41 mm Sieb: 36,5% Siebrückstand auf 0,50 mm Sieb:99,7%

Die Temperatur des vom Produkt befreiten Wassers betrug 90 bis 100°C.

Beispiel 2

Ca. 3 t Schlackenschmelze T=1455°C wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem Produktverhältnis von 48 m³ Wasser für 3 t Schmelze zu einem Schweißpulver der nachfolgenden Zusammensetzung granuliert.

Hierbei waren die Dimensionen des Eingießschachtes (2) 0,08 m² Fläche der Öffnung und 1,2 m Tiefe und die Dimensionen der Rinne (4) 3 m Länge, 0,6 m Breite und 0,2 m Höhe. Der Querschnitt des Eingießschachtes und der Rinne war ein Rechteck. Die Fläche des Eingießschachts nahm kontinuierlich von 0,08 m² an der Öffnung zu 0,01 m² am Boden ab. Der Eingießschacht und die Rinne bestanden aus Stahl.

Die chemische Analyse des Schweißpulvers ergab:

SiO₂: 40,8% Al₂O₃: 5,4% MnO: 37,1% CaO: 7,1% CaO+MgO+BaO: 10,1% CaF₂: 3,4%

Die Siebanalyse des Pulvers nach Trocknen, Mahlen und Sieben mit Maschenweiten zwischen 0,8 und 1,8 mm ergab:

Siebrückstand auf 1,41 mm Sieb: 1,5% Siebrückstand auf 0,84 mm Sieb: 47,6% Siebrückstand auf 0,315 mm Sieb: 98,6%

Die Temperatur des vom Produkt befreiten Wassers betrug 40 bis 50°C.

Vergleichsbeispiel 2

Ca. 3 t Schlackenschmelze T=1430°C wurden nach konventionellem Verfahren im stehenden Wasser zu einem Schweißpulver der nachfolgenden Zusammensetzung granuliert.

SiO₂: 41,4% Al₂O₃: 6,1% MnO: 36,1% CaO: 7,3% CaO+MgO+BaO: 9,3% CaF₂: 3,6%

Siebrückstand auf 1,41 mm Sieb: 0,8% Siebrückstand auf 0,84 mm Sieb: 43,5% Siebrückstand auf 0,315 mm Sieb: 98,9%

Die Temperatur des vom Produkt befreiten Wassers betrug 70 bis 80°C.

Claims

Verfahren zum kontinuierlichen Schäumen von Schlackenschmelzen und zum kontinuierlichen Granulieren von Schlacken- und Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in einem Eingießschacht (2) mit Wasser, das in einem kräftigen Strom durch eine oder mehrere Wasserzuleitungen (3) vom unteren Ende des Eingießschachtes nach oben geführt wird, reagiert, wobei der mit dem Wasser reagierende Strahl der Schmelze vom entgegenströmenden Wasser erfaßt wird und auf eine Rinne (4), auf der die Reaktion vervollständigt wird, ausgetragen wird.