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Verfahren zur Erzielung mechanischfester Schlacken Bei der Verarbeitung
saurer Erze im Hochofen oder bei Verwendung geringerer Kalkzuschläge, als sie im
allgemeinen üblich sind, entstehen häufig Schlacken geringerer Basizität' Sie enthalten
keinen Kalküberschuß gegenüber der vorhandenen Kieselsäure, das Verhältnis von Kalk
zu Kieselsäure ist entweder nahezu gleich r oder sogar kleiner. Dies gilt insbesondere
für die Verhüttung von eisenarmen, meist sauren Erzen, bei denen zu Ersparnis von
Koks und aus anderen Gründen ein starker Kalkzuschlag vermieden werden muß.
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Solche Schlacken weisen aber erfahrungsgemäß den -Nachteil auf, daß
sie meist nicht kristallin, sondern glasig erstarren. Die glasig anfallenden Schlacken
sind bei mechanischer Beanspruchung durch Schlag, Absplitterung der Kanten oder
Reibung unter schwerer Belastung nicht widerstandsfähig. Sie zersplittern leicht
und werden leicht zermahlen. Auch bei länger dauernder Abkühlung bilden sie höchstens
einzelne Kristallzentren in glasiger Grundmasse, und nur bei besonders langer Temperung
während der Abkühlung, die jedoch :. technisch und vor allem wirtschaftlich nicht
durchgeführt werden kann, wird ein kristallines Gefüge erhalten. Aber auch dieses
kristalline Gefüge ist für die technische Verwendung der Schlacke unzweckrüäßig,
da es aus besonders großen Kristallen besteht an Stelle des Haufwerks vieler kleiner
Kristalle, wie es sich bei üblichen Hochofenschlacken bei normaler, technischer
Abkühlung ausbildet; grobkristalline Schlakken sind mechanisch nicht so fest wie
feinkristalline.
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Es bedeutet `daher einen großen technischen Fortschritt, die bei der
Verhüttung saurer Erze im obigen Sinne oder ohne Kalkzuschlag oder allgemein bei
saurem Hochofengang oder bei ähnlichen Verfahren anfallenden
Schlacken
wirtschaftlich in eine solche kristalline Form überzuführen, daß sie hart und schlagfest
und daher für Bauzwecke und andere Verwendungsarten, bei denen es auf mechanische
Festigkeit ankommt, geeignet werden.
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Es ist bekannt, eine Mischung von flüssiger Schlacke mit z, B. gemahlenem
Kalk in sieh drehenden Zylindern oder Trommeln zu einer homogenen Schlacke zu verrühren,
wobei weiter für eine gleichmäßige Verteilung der gemahlenen Zuschläge in einer
sehr dünnen Schlackenschicht Sorge getragen wird. Hierdurch sollen große Mengen
von Zusatzstoffen in die Schlacke eingebracht werden, die durch die Schmelzführung
homogen in der Schlacke gelöst werden sollen.
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Bei einem anderen Vorschlag handelt es sich um den Zusatz größerer
Mengen von basischen Kalkverbindungen, Äluminaten und Silicaten zu kalkarmen, reaktionsträgen
Hochofenschlacken, und zwar- in solchen Mengen, daß zementartige Mörtel mit hohem
Kalkgehalt daraus entstehen. Hierbei werden solche Verbindungen ausgewählt, die
einen verhältnismäßig tiefen Schmelzpunkt be-
sitzen.
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Bei einem anderen Vorschlag handelt es sich um die Herstellung von
hydraulischem Zement, wobei große Mengen von. Kalk zu sauren Schlacken zugesetzt
werden müssen.
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Ferner ist es bekannt; aus kalkarmer Schlacke durch reichliche Zusätze
von Kalk, Tonerde oder deren Ersatzstoffen eine -solche basischen Charakters zu
erhalten, damit sie als Hochofenzement verarbeitet werden kann. Auch hier werden
große Zusätze gegeben. Ferner wird durch die Wahl der Zusammensetzeng der Zuschläge
erzielt, daß diese leicht schmelzbar sind, wobei u. a. noch Eisenoxyd oder Eisenoxyduloxyd
zugesetzt werden: Hierbei ist es belanglos; ob in den zugesetzten Gemischen ein
Teil des Kalkes durch Magnesia ersetzt wird, da auch deren Schmelzpunkt durch diese
Maßnahme erniedrigt werden soll. Auch bei diesem bekannten Verfahren wird beabsichtig
die Zusätze so niedri@gschmelzend wie möglich zu machen, damit eine homogene Lösung
von Schlacke und Zusätzen ermöglicht wird.
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Das Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, daß der noch flüssigen
Schlacke ein Stoff zugesetzt wird, der die Kristallisation zur Auslösung bringt
oder vorhandene Kristallisationsneigung verstärkt (Impfung der flüssigenSchlacke).
Erfndungsgemäßgelingtdies, wenn der flüssigen -Schlacke .geringe Mengen (bis etwa
2 °/0) solcher Stoffe in feinster Verteilung zugesetzt werden, die bei höheren Temperaturen
erstarren als die Schlacke selbst, wobei der Erstarrungsvorgang zweckmäßig durch
geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise Wärmeisolierung der Schlacken-. rinne oder
der Schlackenpfanne und ähnliches, verlangsamt wird. Dagegen hat sich herausgestellt,
daß Stoffe mit gleichem oder niedrigerem Schmelzpunkt als. dem der Schlacke nicht
geeignet sind, da sie sich auflösen, ehe es zur Kristallbildung kommt. Es handelt
sich also bei dem neuen Verfahren nicht darum, eine saure Schlacke durch Zusatz
reichlicher Mengen kalkhaltiger Stoffe basisch zu machen oder sie mit großer Menge
von Zuschlägen zu vermischen, sondern es sollen den anfallenden sauren Hochofenschlacken
geringe Mengen von solchen Stoffen in feinster Verteilung beigesetzt werden, die
geeignet sind; die I@ristallisationsneigung dieser Sehlacken zu erhöhen. Es handelt
sich also um eine reine Impfung mit fein verteilten Stoffen, die dann in ihrer Umgebung
das Kristallisieren anregen und fördern sollen, so daß die Schlacke kristallin erstarrt
und nicht glasig wie saure Hochofenschlacke sonst- im allgemeinen. Eine Lösung dieser
Frage ist bekanntlich z: Z. wichtig geworden, weil bei der Verhüttung eisenarmer
und saurer Erze riesige Mengen völlig unbrauchbarer, glasig erstarrter saurer .
Hochofenschlacke anfallen, deren Beseitigung- allein ungewöhnliche Kosten verursachen
würde.
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Als besonders geeignet erwiesen sich für die Zwecke der Erfindung
eisen- und manganarme Schlacken; insbesondere aus dem Elektroofen, die bekanntlich
beim Erkalten zerrieseln und dann in fein verteilter Kristallform vorliegen. Zweckmäßig
werden diese Schlacken auch vor der Zugabe erhitzt; damit die flüssige Schlacke
nicht so stark abgekühlt und damit die Erstarrungszeit verlängert wird. Solche Schlacken
haben den Vorteil; daß sie wegen ihrer Armut an Metalloxyden (weniger als 0,5°/o
Mn oder Fe0) bei höhen Temperaturen erstarren, insbesondere wenn sie kalkreich sind.
Sie unterscheiden sich dadurch grundsätzlich von den bekannten Gemengen, bei- denen
ein besonders niedriger Schmelzpunkt wegen der Erleichterung der homogenen Durchmischung
erstrebt wurde. Auch sehr feinkörniger Kalk oder Dolömit in Staubform, gegebenenfalls
nach vorheriger Erhitzung, ist für diese Zwecke geeignet. Kalk oder. Dolomit kann
auch vorher gebrannt sein.
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Eine gewisse Schwierigkeit besteht nun darin, die Zusatzstoffe in
feinster Verteilung in die flüssige Schlacke einzubringen. Man wird für diesen Vorgang
im allgemeinen die Stelle im technischen Betriebe wählen, wo die flüssige Schlacke
den Hochofen öder einen entsprechenden technischen Ofen oder einen Schlackensammelbehälter
verläßt. Zur Ausführung
der Erfindung wird man die flüssige Schlacke
unter Benutzung an sich bekannter .Einrichtungen durch ein umlaufendes Rohr, mit
schräg oder waagerecht liegender Achse fließen lassen, in das der Zusatz für sich
allein oder gemischt mit einer Koblenstaubader Gasflamme geblasen wird, wobei eine
innige Durchmischung von Zusatz und -Schlacke erzielt wird. Das kann in der verschiedensten
Weise erfolgen; beispielsweise wird man das Rohr nur so schnell drehen, daß der
Schlackenstrahl, der durch das Rohr läuft, ausgebreitet und dauernd umgewälzt wird,
wodurch immer neue Schlacke aus dem Inhalt des Schlacikenstrahles an die Oberfläche
und in Berührung mit dem staubhaltigen Luft-, Gas- oder Kohlenstaubflammen-Strahl
kommt. Läßt man das Rohr sich stärker drehen, so kann man eine Geschwindigkeit wählen,
bei welcher die Schlacke durch die Zentrifugalkraft fast bis zum Scheitel des Rohrdurchmessers
emporgetragen wird und dann herabfällt. Oder man wählt eine besonders schnelle Umdrehungszahl,
bei der der Teil des eintretenden Schlackenstrahles, der nahe an der Wandung liegt,
vollständig als flüssiges: Rohr ausgebreitet wird, so daß eine besonders dünne Schlackenschicht
entsteht, auf der sich der zunächst noch dickere und dann immer dünner werdende
Mittelteil des Strahles abwälzt. Der staubhaltige Luft- und Gasstrahl wird so geleitet,
daß ein großer Teil des Staubes zwischen die so gebildete Mittelwalze aus flüssiger
Schlacke und die dünne Außenschicht gelangt, wodurch eine besonders innige Durchmischung
von Staub und flüssiger Schlacke gewährleistet wird. Das Rohr selbst wird zweckmäßig
von außen wärmeisoliert, damit die Schlacke im Rohr möglichst heiß bleibt. Es besteht
ferner noch die Möglichkeit, die Umdrehung passend so zu wählen, daß die Schlacke
bei Verlassen des Rohres durch die Zentrifugalkraft zerflattert, wobei dafür gesorgt
wird, daß die nun niederfallenden Einzelteile Gelegenheit haben, nach Durchmessung
eines staubreichen Raumes sich abzusetzen, so daß eine möglichst feine Verteilung
des Zusatzstoffes in der flüssigen Schlacke erzielt wird. Dieser Raum kann ebenfalls
zweckmäßig mit Wärmeisolierung umgeben und u. U. von der Außenluft abgeschlossen
sein.
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In einer besonderen Ausführungsform ist das Innere des Drehrohres
mit Kohlenstoffsteinen oder kohlenstoffreicher Stampfmasse ausgekleidet; auch besteht
die Möglichkeit, dieses Kohlerohr durch Gleich= oder Wechselstrom elektrisch aufzuheizen,
so daß die durchfließende Schlacke möglichst wenig gekühlt wird. Die Haltbarkeit
solcher Rohre aus Kohlenstoff ist sehr gut, da die Schlacke selbst beim Verlassen
des .Hochofens bereits weitgehend reduziert ist und reduzierbare Stoffe kaum noch
enthält. Es ist nur zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß keine oder möglichst wenig
Außenluft durch das rotierende Rohr streichen kann. Zu diesem Zweck kann ein sauerstoffarmes
Schutzgas, z. B. Abgas, in das rotierende Rohr eingeleitet werden.
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Die -Zeichnung zeigt als Beispiel in schematischer Form eine Anlage
für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
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Die zu behandelnde Schlacke gelangt aus dem Hochofen a durch die Schlackenrinne
b in das Drehrohr c, das mit einem Kohlenstofffutter d ausgekleidet ist. In das
Innere des umlaufenden Rohres c wird mit Hilfe des mit Gas oder Kohlenstaub aus
der Leitung e gespeisten Brenners f Staub aus dem Staubbehälter g auf die das Rohr
c durchlaufende Schlacke geblasen. Das rechte Ende des Drehrohres ragt'-in die Schutzhaube
h. Schließlich fällt die Schlacke in das Sammelgefäß , wo sie langsam erkaltet.
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Alle diese Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
sind nicht Gegenstand des Schutzes.