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Verfahren zum Überführen von Schlacken in technisch verwendbare Produkte
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überführen von Schlacke in technisch verwendbare
Produkte, dessen kennzeichnendes Merkmal darin besteht, daß geschmolzene Schlacken,
die Gase in übersättigter Lösung enthalten, einer Umrührung unterworfen werden.
Der Zweck des Verfahrens besteht vor allem darin, eine schaumähnliche Schlackenstruktur
zu erzielen. Durch Änderungen in der Arbeitsweise können jedoch auch Schlakken von
dichter oder schwammiger Struktur erzeugt werden.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens.
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Nach der Erfindung werden die Gase, die in Schlacken in übersättigter
Lösung enthalten sind, aus der Lösung ganz oder teilweise frei gemacht. Bemerkt
sei, daß, wenn in der Beschreibung von in Schlacke gelösten Gasen gesprochen ist,
darunter auch Gase verstanden werden sollen, die in der Schlacke adsorbiert sind,
weil nämlich bisher nicht mit Sicherheit feststeht, ob das in der Schlacke enthaltene
Gas adsorbiert oder gelöst ist.
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Durch das Umrühren scheiden sich die Gase, die bei der herrschenden
Temperatur in übersättigtem Zustande vorhanden sind, als Blasen aus. Die Schlacke
wird unter Temperaturkontrolle so weit gekühlt, daß ihre Viskosität ausreicht, um
die Blasen in der Schlacke festzuhalten, so daß schließlich ein erstarrter Schaum
oder eine Zellenstruktur entsteht. Wenn die Temperatur derart geregelt wird, daß
die Schlacke ausreichend flüssig ist, um die Blasen herauszulassen, kann man ein
vollkommen dichtes Produkt darstellen, das keine Gasblasen enthält. Durch Änderung
der Temperaturverhältnisse ist es möglich, Produkte darzustellen, die von einem
leichten Schaum bis einer schweren Zellenstruktur und schließlich bis zu einer dichten
Struktur ohne Gasblasen wechseln.
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Das Verfahren eignet sich besonders für die Darstellung von Schlacke
für Bausteine, die geringes Gewicht, große Festigkeit, hohen Widerstand gegen Eindringen
von Feuchtigkeit haben, ferner gegen Hitze und Schall gut isolierend sind und sich
deshalb besonders gut zum Gebrauch in der modernen Baukonstruktion eignen, besonders
in Stahlkonstruktionen, wo ein Baumaterial dieser Art besonders erwünscht ist.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in
der Zeichnung erläutert, und zwar ist Abb. I ein Aufriß, teilweise im Schnitt; Abb.
2 zeigt Einzelheiten des Rührapparates, und Abb. 3 ist eine perspektivische Ansicht
eines leichten, schaumähnlichen Schlakkensteines, wie man ihn gemäß dem vorliegenden
Verfahren darstellen kann.
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Nachstehend ist das Verfahren an Hand einer in den Zeichnungen erläuterten
Vorrichtung beschrieben. Selbstverständlich kann
zur Durchführung
des Verfahrens auch jede andere geeignete Vorrichtung Verwendung finden.
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In der Zeichn'ung ist I ein Behälter, in welchem die geschmolzene
Schlacke behandelt wird. Der zylindrische Behälter umschließt eine innere Wand 2
und ist oben offen, um den Einlaß der geschmolzenen Schlacke zu erlauben. An der
Wand 2 sind Vorsprünge 2a angebracht, die nach innen gerichtet sind und dazu dienen,
das Mitnehmen oder Aufsteigen der Schlacke zu verhindern. Der Behälter ist am Boden
durch die Platte 3 geschlossen, die ein zentrales Loch 4 hat, durch welches die
behandelte Schlacke entleert werden kann.
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Der Ringraum zwischen den Wandungen 1 und 2 ist mit einer geeigneten
Wärmeisolation 5 ausgefüllt. Ein Rührer 6 dient zum Umrühren der Schlacke im Behälter.
Der Rührer besteht aus einem wassergekühlten Rohr 7, um welches ein Band 8 schraubenförmig
aufgewickelt ist. Der Rührer trägt ferner Armeg und 10 an der oberen Offnung des
Behälters I, um etwa erstarrte Schlacke oder anderes Material, das den Einlaß verstopfen
kann, zu zerbrechen und zu entfernen.
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Ein Schutzblech 11 mit der Auslauföffnung 12 umgibt vorzugsweise
den oberen Teil des Behälters, um herausgespritztes Material, das durch die Arme
g und 10 hinausgeworfen sein kann, aufzufangen.
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Das untere Ende des Rührers ist vorzugsweise mit seitlichen Armen
13 und einem Kreuz 14 versehen, das dazu dient, die Auslauföffnung offen zu halten.
Das untere Ende des Rührers trägt eine kreisförmige Platte I5, die gewöhnlich die
öffnung 4 schließt, wenn der Rührer in seiner niedrigsten Stellung ist.
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Der Rührer 7 wird durch die Zahnräder I6, die von einer geeigneten
Kraftquelle getrieben werden, zum Beispiel durch die Welle 17, in Umdrehung versetzt.
Das Kühlwasser wird dem Rührer durch das Rohr 18 zugeführt, das inwendig bis zum
Boden des Rührers geht; das Kühlrohr ist als nicht rotierend gezeichnet. Das Wasser
wird dem Rohrs8 durch die bewegliche Schlauchverbindung 19 zugeführt, es fließt
durch die Schlauchverbindung 20 heraus, die am oberen Teil des rotierenden, runden
Rührarmes 7 mittels des rotierenden Wasseranschlusses 21 angeschlossen ist.
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Der Rührer 7 ist so angebracht, daß er eine unterbrochene Entleerung
der Schlacke im Behälter I mittels des Hebelarmes 22 ermoglicht. Dieser wird vom
Exzenter 23 getrieben, er ist bei 24 am Rührer 7 befestigt. Die geschmolzene Schlacke
wird vorzugsweise vom Schmelzofen in einen Vorrats- und Transporttiegel oder ein
Gefäß geleitet, aus welchem sie in den Behälter 1 durch die Rinne 25 fließt. Man
kann außerdem eine Rinne 26 benutzen, wenn man andere Stoffe mit der Schlacke mischen
will.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Schlacke fließt von
der Rinne 25 in einem Strom 27 in den oberen Teil des Behälters hinein. Sie erstarrt
an der Wand 2 und bildet eine außen erstarrte Schicht 28.
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Sie wird auch am Rührer 7 erstarren und dadurch eine innere Schicht
29 bilden, die schraubenförmig sein wird entsprechend dem schraubenförmigen Band
8. Zwischen dem rotierenden inneren Schlackenkörper 29 und dem äußeren Schlackenkörper
28 fließt die geschmolzene Schlacke in Form eines Stromes 30 herab. Es ist natürlich
klar, daß zwischen der geschmolzenen und der erstarrten Schlacke keine scharfe Grenzlinie
besteht, da die beiden ineinander hinübergehen. Während die Schlacke 30 infolge
der Gravitation und auch der Schraubenwirkung der Schraube 8 herabfließt, wird sie
einer Umrührung ausgesetzt, die durch die Reibung zwischen den benachbarten konzentrischen
Schlackensehiehten und dem Rührer bewirkt wird.
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Der Rührer 7 erhält eine vertikale Bewegung, indem er aus der in
der Zeichnung gezeigten Stellung heraufgezogen und dann wieder heruntergezwungen
wird. Dadurch wird die am Boden des Gefäßes befindliche viskose oder sogar plastische
geschmolzene Schlacke entfernt.
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Da die Schlacke in einem Gebläseofen gebildet wird, befindet sie
sich unter einem Druck, der gewöhnlich etwa 1 kg pro Ouadratzentimeter über dem
Atmosphärendruck liegt. Bei diesem Überdruck kann die im Ofen befindliche Schlacke
mehr Gas in Lösung halten als bei Atmosphärendruck. Wenn die Schlacke in den Vorratstiegel
übergeführt wird, werden die Gase nicht sofort entweimachen, sondern sie bleiben
in der übersättigten Schlacke. Das Rühren bewirkt aber, daß das überschüssige Gas
aus der übersättigten Lösung sich als Blasen ausscheidet, die in der viskosen Schlacke
bleiben.
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Beim Herabfließen der Schlacke im Rührapparat wird sie allmählich
gekühlt und stärker viskos. Die Viskosität der Schlacke trägt dazu bei, die Blasen
in der Schlacke festzuhalten und verhindert ihre Vereinigung zu größeren Blasen.
Man kann das Kühlen so regeln, daß die Schlacke, wenn sie an den Boden des Gefäßes
gelangt, immer noch genügend von dem aus der übersättigten Lösung frei gemachten
Gas in Form von Bläschen enthält, so daß die abfließende Schlacke zu einem Schaum
erstarrt.
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Die abfließende schaumige viskose Schlacke kann in geeignete Formen
geleitet werden zwecks Herstellung von Bausteinen oder größeren
Blöcken,
wenn derartige Produkte gewünscht werden, oder sie kann auf ein Transportband geleitet
und dann-zu Stückchen zerkleinert werden, die als Bestandteile von Beton verwendet
werden können.
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Versuche geben Anlaß zu der Annahme, daß die Fähigkeit der Schlacke,
ihr Gas festzuhalten, mit sinkender Temperatur und steigender Viskosität sinkt entsprechend
den Verhältnissen beim vorliegenden Verfahren.
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Die dabei stattfindende Kühlung vermindert die Fähigkeit, das Gas
in Lösung zu halten, und reicht aus, um Übersättigung und Ausscheidung von Gas in
einer Schlacke zu bewirken, die beim Eintreten in den Apparat nur unvollkommen gesättigt
war. Obwohl vorzugsweise eine Schlacke angewendet wird, die unter höherem Druck,
als er im Rührapparat herrscht, hergestellt und deshalb mit Gas übersättigt ist,
kann man auch mit dem vorliegenden Apparat aus einer nicht derart übersättigten
Schlacke einen Schaum herstellen.
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Abb. 3 zeigt einen gemäß dem Verfahren dargestellten Schlackenblock.
Der Block besteht aus einem zusammenhängenden Schlakkenkörper, der kleine Gasbläschen
enthält, wie in der Zeichnung dargestellt.
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Die Größe und Menge der Blasen kann durch das Rühren und die Temperatur
geregelt werden. In einem typischen Beispiel hatten die meisten Blasen im Mittel
I,5 bis 3 3 mm Durchmesser.
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Die erstarrte Schlacke bildet zusammenhängende Schichten oder Wände,
die die Bläschen umgeben und versiegeln. so daß das Material, obgleich es eine schaumähnliche
Zellenstruktur besitzt, für Wasser nicht durchdringlich ist. Ein Baustein aus diesem
Material kann in Wasser geworfen werden; er wird unbeschränkt lange kein Wasser
aufnehmen. Die Widerstandsfähigkeit gegen Wasser macht das Material für die Anwendung
bei Baukonstruktionen besonders geeignet.
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Die t, gleichmäßig verteilten Hohlräume geben dem Material einen
hohen Isolationswert, was ebenfalls für Baumaterialien von großer Bedeutung ist.
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Das Volumgewicht des Materials ist von der in Form von Gasblasen
in def Schlacke zurückgehaltenen Gasmenge abhängig.
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Die Viskosität der Schlacke kann durch Regelung des Einlaufes bestimmt
werden.
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Wenn die Einflußgeschwindigkeit klein ist, wird die Viskosität erhöht
werden, während bei verhältnismäßig schnellem Einfluß die Viskosität der Schlacke
beim Durchgang des Rührapparates und beim Herausfließen vermindert wird.
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Die Viskosität der Schlacke kann auch durch die Kühlwirkung des durch
die Rinne 26 zugeführten Zusatzes geregelt werden. Der Zusatz kann z. B. aus kalten
Schlacken bestehen, die fein gemahlen oder granuliert sind.
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Durch Änderung der Menge dieses Zusatzes kann die Temperatur und die
Viskosität des ausfließenden Produktes geregelt werden. Flüssigkeiten können, wenn
erwünscht, zugegeben werden, um die Temperatur zu regeln. Wenn die abfließende Schlackenmenge
ziemlich konstant gehalten werden soll, sind derartige Zusätze als Temperaturregulatoren
sehr gut geeignet; wenn kein konstanter Abfluß erforderlich ist, kann die Viskosität
durch Änderung der Schlackenzufuhr geregelt werden.
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Durch sorgfältige Regelung der Viskosität der Schlacke während des
Rührens, um Gasblasen zu bilden, kann man das Volumgewicht des Endproduktes bestimmen.
Man kann ein Material vom Volumgewicht o, 24 oder von 2,9 erzielen. Das besonders
geeignete Volumgewicht ist etwa 0,64, da ein solches Material die erforderliche
Festigkeit hat und gleichzeitig genügend Gas enthält, um die Zellenstruktur locker
zu machen. Das Material sieht ungefähr so aus, wie in Abb. 3 gezeigt.
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Während man es für Bauzwecke vorzieht, die Zellenwände der Gasblasen
unzerbrochen zu haben, um das Material für Feuchtigkeit undurchdringlich zu machen,
kann man für Filtrierzwedce ein Material mit teilweise zerbrochenen Zellenwänden
darstellen. Dies geschieht dadurch, daß man die Schlacke während des Rührens so
lange kühlt, bis die Viskosität bis auf den Punkt erhöht wird, bei dem die Zellenwände
wegen der Oberflächenspannung zerbrechen.
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Es ist hiernach verständlich, daß die Eigenschaften des Endproduktes
durch geeignete Temperaturregelung geändert werden können.
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Wenn zum Beispiel die Schlacke während des Rührens flüssig gehalten
wird, so daß die Gasblasen entweichen können, erhält man ein dichtes Produkt. Wenn
die Viskosität durch geeignete Temperaturregulierung erhöht wird, wächst der Gehalt
an Gasblasen, und man erhält ein leichteres Material, aber mit unzerbrochenen Wänden
der Gasblasen. Wenn die Temperatur während des Rührens noch weiter herabgesetzt
wird, kann man ein Zerreißen dieser Wände bewirken und eine schwammige, für Flüssigkeiten
durchdringliche Struktur darstellen.
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Das Produkt ist gleichmäßig, d. h. die Gasblasen sind von derselben
Größenordnung, und das Material ist bemerkenswert frei von großen Gasblasen. Ein
während des Anfanges des Rührens gebildeter Überschuß an Gas oder großen Blasen
kann nach oben steigen durch die obere flüssigere Beschickung und in die Luft hinaus.
Die riihrende oder knetende
Bewegung, der die Schlacke während des
Herabsinkens im Apparat ausgesetzt wird, dient dazu, die Schlacke vollkommen zu
mischen und zusammenzukneten, um ein gleichmäßiges Produkt zu geben.
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Die Entfernung des Gases aus der Schlacke durch Rühren erleichtert
das Gießen der Schlacke. Normale Schlacke aus dem Hochofen gibt Produkte, die sofort
nach dem Gießen und während der Erstarrung aufschwellen, deformiert werden und sogar
zerreißen unter Auswerfen schaumiger Schlacke aus ihrem Innern.
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Das Rühren wirkt diesem Aufschwellen entgegen und vermindert oder
verhütet die Deformation des gegossenen Produkts.
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Das Rühren der Schlacke und die Ausscheidung des Gases unter geregelten
Temperatur- und Viskositätsbedingungen kann natürlich auch in anderer Weise ausgeführt
werden.
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Vorzugsweise verwendet man zur Durchführung des Verfahrens Schlacke
aus dem Hochofen, weil derartige Schlacke billig ist, in großen Mengen zur Verfügung
steht und genügend Gas in gesättigter Lösung enthält.
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Man kann indessen auch andere Schlacken für das Verfahren benutzen,
entweder natürliche Ofenschlacken oder künstlich hergestellte Schlacken, und der
Ausdruck Schlacke umfaßt die verschiedensten schlackenartigen Materialien, die auch
planmäßig hergestellt sein können.