DE7503462U - Vorrichtung zum granulieren - Google Patents
Vorrichtung zum granulierenInfo
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Description
betreffend
Vorrichtung zum Granulieren
Vorrichtung zum Granulieren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Granulieren von Schmelzen, z.B. Schmelzen von metallurgischen Schlacken.
Bei metallurgischen Schlacken überführt man die Schmelze vielfach in eine Pfanne, welche zu der Schlackenhalde
gebracht wird, wo man die Schlacke entweder in der Form eines schon erstarrten Blockes aus der Pfanne entfernt
oder im flüssigen Zustand vergießt und auf der Halde erstarren läßt. Auch die Überführung von Schlackenschmelzen
in Granulat mit Hilfe einer der bekannten Schnellkühlungsmethoden,
beispielsweise durch Vergießen der Schlacke in Wasser, kommt oft zur Anwendung. Das zuerst genannte Ver-
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fahren ist sehr unökonomisch und hat eine Umweltverschmutzung
zur Folge, wogegen bei dem zuletzt genannten Verfahren das Granulat beispielsweise als Zusatzmaterial, z.B.
als Zuschlagstoff zu Beton,verwendet werden kann, was das
Verfahren mehr ökonomisch macht.
Alle bisher bekannten Verfahren zur Granulierung von Schlacken weisen Nachteile auf und sind mit Mangeln behaftet, insbesondere
geht der Wärmeinhalt der Schlackenschmelze verloren. Außerdem kann man das Granulat in Abhängigkeit von dem
angewendeten Verfahren nur in mehr oder weniger begrenztem Umfang verwenden, und dies auch nur für bestimmte Anwendungsgebiete.
Die Wassergranulierung von Schlacken und Metallschmelzen ist außerdem sehr schwierig wegen der Explosionsrisiken. Deswegen vermeidet man beispielsweise die Granulierung
von Stahlschlacken in Wasser. Die Granulierung von Roheisen wird dagegen im Wasser vorgenommen, doch werden dabei große
Wassermengen benötigt, und es müssen umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen sehr genau eingehalten werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um geschmolzenes
Material, wie z.B. Schlackenschmelzen, zu granulieren, insbesondere aber von solchem Material, das vorgesehen ist für
eine Wiederanwendung als Ausgangsmaterial für wertvolle Ϊ
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Industrieprodukte. Diese Aufgabe wird gemäß vorliegender Erfindung dadurch gelöst, daß man in einen fluidisierten
Wirbelstrom von festen, kornförmigen Partikeln, die aus
dem gleichen oder einem anderen Material wie das zu granulierende Gut bestehen können, die Schlackenschmelze einbringt,
wobei man gleichzeitig zwischen dem fluidisierten Strom und der auf diesen auftreffenden Schlackenschmelze
eine Relativgeschwindigkeit erzeugt.
Lt. Erfindung besteht das kornförmige Material mit Vorteil
beispielsweise aus Sand (Siliciumoxyd), aus kornförmigen
Ferrolegierungen, kornförmigem keramischem Material oder speziellen kornförmigen chemischen Verbindungen.
Die beim Granulierungsvorgang frei werdende Wärme wird von den festen, kornförmigen Teilchen oder Partikeln aufgenommen
und kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung evtl. zusammen mit dem größten Teil des Wärmeinhaltes des
Granulates wiedergewonnen werden, insbesondere durch Anwendung von fluidisierten Betten, die mit Wärmeaustauschern,
z.B. einer Kühlschlange, versehen sind.
Die Größe und Form des Granulates ist abhängig teils vom Charakter der Schmelze und teils von dem des kornförmigen
Materials, von dessen Größe und Temperatur, sowie von den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Mediums,
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das zur Anwendung gelangt für die Bildung des Stromes des kornförmigen Materials. Auch die Temperatur des Mediums
sowie die Geschwindigkeit der kornförmigen Teilchen ist von Bedeutung. Der Wärmeinhalt des kornförmigen Materials kann
mittels geeigneten Anordnungen wiedergewonnen werden, wobei man, wie oben schon gesagt wurde, Energie.gewinnen
kann, die z.B. auch dazu verwendet werden kann, um dem kornförmigen Material die Geschwindigkeit zu geben, welche
es lt. Erfindung beim Vergießen und Granulieren haben muß. Als Beispiel kann genannt werden, daß bei der Granulierung
von Hochofenschlacke als kornförmiges Material Sand angewendet
wurde, der frei von Eisen war. Der Sand wurde mit überhitztem Dampf in eine mit Vorkehrungen für die Fluidisierung
versehene Gießrinne eingeblasen, in der die Granulierung vorgenommen wird. Der Sand wurde nach der Aussiebung zu einer
Rückgewinnung gebracht, in welcher die während des Granulierungsprozesses aufgenommene Wärme ausgenutzt wurde
zur Bildung oder zur Überhitzung des Dampfes, welcher wiederum erneut angewendet wurde beim Blasen bzw. Verwirbeln des Sandes
in der Gußrinne.
Der Wärmeüberschuß, den man erhielt, und der zur Bildung von großen Mengen Dampf führte, wurde zur Herstellung von
elektrischer Energie verendet.
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Das Granulat hatte keine glatte Oberfläche. Durch die
Anlagerung von Sandkörnern erhielt das Granulat eine außerordentlich vergrößerte Oberfläche, die das Granulat ganz
speziell geeignet macht,als Zusatz beim Betonieren o.a.
zu dienen. Außerdem erhielt man ein hohlkugelförmiges Granulat ähnlich sogenannten Leca-Kugeln.' Zum Unterschied
von diesen ist das Granulat It. Erfindung jedoch nicht wasserabsorbierend.
Die Vielfalt sowohl bezüglich des kornförmigen Materials
wie des Fluidisierungsmittels, das in das kornförmige Material geblasen wird, um eine fluidisierte Wirbelströmung
von kornförmigen Partikeln zu erzeugen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so groß, daß sie im Rahmen dieser
Beschreibung nicht alle genannt werden können. Ganz allgemein kann das Verfahren It. Erfindung immer dort angewendet
werden, wo Schmelzen granuliert werden sollen mit Hilfe einer Wirbelströmung von kornförmigem Material, das mittels gasförmiger
oder flüssiger Medien, von welchem Typ auch immer, fluidisiert ist.
Es ist bekannt, daß man bei der Herstellung von beispielsweise Ferrochrom die Schmelze in ein Bett gießt, in welchem diese
zu einem zusammenhängenden Kuchen erstarren kann. Dabei bilden sich über dem Querschnitt dieses Ferrochromkuchens
kräftige Konzentrationsunterschiede insbesondere bezüglich des Siliziumgehalts. Bei der Überführung von geschmolzenem
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Ferrochrom in Granulat It. Erfindung wird mit Vorteil Ferrochrom
in Sandform als Granulierungsmittel, d.h. als kornförmiges
Material für die Wirbelströmung, angewendet. Das Ferrochromgranulat wird aufgrund der kurzen Erstarrungszeiten und den außerordentlich kurzen Bedingungen für die ·
Diffusion gleichförmiger in seiner chemischen Zusammensetzung, und zwar jedes Teilchen für sich und untereinander.
Gleichzeitig wird ein großer Teil des feinen Ferrochromsandes an dem Granulat hängenbleiben, so daß eine ansonsten
teuere Umschmelzung dieses feinen Ferrochromsandes nicht notwendig ist. Auch hier kann die Wärme, die auf das feinkörnige
Ferrochrom überführt wird, ausgenutzt werden zur Herstellung von beispielsweise überhitztem Dampf, welcher
wiederum angewendet wird, um die Ferrochrompartikelchen in die Bewegung zu versetzen, die für die Durchführung des
Verfahrens It. Erfindung vorgeschrieben wird. Es ist weiterhin bekannt, daß man bei der Herstellung von Ferrotitan
große Konzentrationsunterschiede (insbesondere bei der Herstellung von Ferrotitan mit Hilfe aluminothermischer Prozesse)
über den Querschnitt des erstarrten Blockes erhält. Benutzt man dagegen das Verfahren It. Erfindung und granuliert
das schmelzflüssige Ferrotitan in einem Strom von feinkörnigem Ferrotitan-Partikel, so erhält man Granulat, welches über
seinen Querschnitt praktisch gesehen keinen Konzentrationsunterschied hat und erreicht damit eine Homogenität, die bis
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heute nicht erreicht wurde. Natürlich wird man sich in diesem speziellen Fall eines Trägermediums bedienen, das
jedes Risiko für die Oxydation von Titan ausschaltet.
Das Verfahren It. Erfindung wird nun an Hand der schematischen
Zeichnung wn einem Beispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schema der Vorrichtung und Fig. 2 das Granulat im Schni
Durch die Leitung 1 wird feinkörniges Material, das für die Ausbildung des Partikelstromes benötigt wird, in einen
Behälter 2 mit Niveaukontrolle gebracht und von dort zu einer Dosierungs- und Beschleunigungsvorrichtung 3 geleitet,
mittels der dieses Material in eine Rinne 4 gespritzt wird, in welcher der Partikelstrom gebildet wird. Von
einem Behälter 5 wird die Schmelze, die granuliert werden soll, in diese Rinne 4 gegossen, wobei wie bei 9 schematisch
dargestellt ein Fluidisierungsmedium eingeführt wird. Von der Rinne 4 strömt das gebildete Granulat sowie der Oberschuß
an feinkörnigem Material, das den Strom bildet, auf ein Sieb 6, auf welchem das Granulat, das in großen Körnern
ausgebildet ist, zu einem Produktauslauf 7 weitertransportiert wird. Der Oberschuß des aus feinkörnigem Material bestehenden
Partikelstromes fällt durch das Sieb 6 in einen Auffangraum und bildet dort ein fluidisiertes Bett 8, wobei von unten
in den Auffangraum ein Fluidisierungsmedium eingeblasen wird, wie durch den von 9 nach unten geführten Pfeil angedeutet ist.
In dem fluidisierten Bett 8 ist eine thermostatgesteuerte
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Kühlschlange 11 eingebaut, um die von der Schmelze an den
aus feinkörnigem Material bestehenden Partikelstrom abgegebene Wärme zurückzugewinnen. Dieses feinkörnige Material
wird danach über eine Rückführleitung 10 zu dem Behälter 2 zurückgeführt. Da die im Bett 8 angeordnete Kühlschlange 11
Wasser enthält, kann auf diese Weise Dampf produziert werden, der als Fluidisierungsmedium verwendet werden kann und von
9 aus in die Rinne 4 sowie in das Bett 8 eingeblasen werden kann. Eine andere Methode, die Kühlung des Bettmaterials
durchzuführen, besteht darin, daß man eine große Menge von Bettmaterial vorsieht und das erwärmte Bettmaterial direkt
als Wärmezufuhrmittel für industrielle Prozesse verwendet, In sämtlichen Fällen kann der Grad der Abkühlung des Bettmaterials
mittels Thermostatsteuerung geregelt werden. Die Trennung des feinkörnigen Bettmaterials von dem gebildeten
Granulat kann erfindungsgemäß auch nach der Wärmerückgewinnung erfolgen, was zur Folge hat , daß ein bedeutend größerer
Teil des Wärmeinhaltes in dem Granulat wiedergewonnen wird.
Die It. Erfindung durchgeführte Granulierung bringt eine
Menge Vorteile im Verhältnis zur Wasser- oder Luftgranulierung. Es können neue Produkte mit wertvollen Eigenschaften
hergestellt werden. So kann z.B. ein Granulat mit einer rauhen Oberfläche erhalten werden, wodurch hohe Friktion
erreicht wird. Das Granulat kann ebenfalls expandieren,
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was erreicht wird von dem Gas, das sich immer in der Schlacke befindet. Diese Produkteigenschaften werden erreicht
durch Steuerung des Schlackenstrahles und insbesondere des Druckes im fluidisierten Bett. Andere Oberflächeneffekte können
erreicht werden beispielsweise durch Einmischen von leichtschmelzenden Produkten in das fluidisierte Bett. Die Zusammensetzung
des Produkts kann gesteuert werden durch die Wahl von Material im fluidisierten Bett, beispielsweise
Sand, Kalkstein etc.
Vorzugsweise hat die Rinne 4 eine Neigung zwischen etwa 6 und 20°. Eine Neigung von 10° bis 15°, insbesondere
hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Es ist im allgemeinen ausreichend, der Rinne 4 eine Länge zwischen
etwa 2 bis etwa 5 mm zu geben. Die Zuführung der feinkörnigen Partikel zum fluidisierten Bett bzw. zur Rinne 4 kann mittels
einer Rutsche erfolgen, die in diesem Fall als Beschleunigungsvorrichtung 3 dient und der die feinkörnigen Partikel vom
Dosierungsgefäß 2 dosiert zugeführt werden. Die Rückleitung kann z.B. pneumatisch erfolgen. Als Rückleitung 10 kann aber
z.B. auch ein Becherwerk dienen, das den Sand vom fluidisierten Bett 8 zum Dosiergefäß 2 zurückführt. Als fluidisierendes
Medium kann mit Vorteil Preßluft angewendet werden.
Bei einer Probeanlage wurde eine etwa 2 m lange und etwa 10 m breite Rinne 4 verwendet mit einer Neigung von 12°.
Dieser Rinne 4 wurde von einem Dosierungsgefäß 2 über eine etwa 1,5 m hohe Rutsche etwa 400 kg Sand pro Minute zugeführt.
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Der verwendete Glassand hatte eine Korngröße zwischen 0,5 und 1 mm. Als fluidisierenües Medium wurde Pr.eßluft in einer
Menge von 0,5 Normalkubikmetern pro Minute zugeführt. Die erhaltene mittlere Sandgeschwindigkeit des fluidisierten
Bettes in der Rinne 4 betrug etwa 0,8 m pro Sekunde. Das Bett war etwa 6 bis 8 cm hoch und hatte eine mittlere Dichte von
etwa 1. Dem Bett wurde normale Hochofenschlacke, die mittels ölbrennern, welche in die im Behälter 5 vorhandene Schlackenschmelze
vorzugsweise von oben etwa 10 cm tief eingeführt wurden, auf etwa 1280° - 1300° erhitzt wurde.
Der Behälter 5 wurde als Kippofen ausgebildet und mit einer vorbestimmten programmierten Kippgeschwindigkeit so gekippt,
daß die ausfließende Schlackenmenge genau konstant bei etwa 80 kg pro Minute lag und sich in einem flüssigen
Schlackenstrahl von etwa 4 bis 5 cm Breite und etwa 1 bis 2 cm Dicke auf das fluidisierte Bett der Rinne 4 ergoß.
Dabei wurde die Gießhöhe, d.h. die Fallhöhe des Schlackenstrahls, etwa 40 cm gewählt. Hierbei bildete sich aus der
Schlacke ein Granulat von getrennten Körnern mit einem Durchmesser zwischen 4 mm und 25 mm und einem spezifischen
Schüttgewicht zwischen 0,4 und 0,5. Das erhaltene Granulat stellte ein etwa hohlkujplförmiges Produkt dar, ähnlich
den sog. Lekakugeln, wobei ein oder mehrere Hohlräume im Innern der kugelförmigen Körner bei der plötzlichen Abkühlung
der Schlacke im fluidisierten Sandbett und dem damit bewirkten spontanen Austritt der in der Schlacke
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gelösten Gase entstanden. Diese Gase werden insbesondere durch die zum Erhitzen der im Behälter 5 vorhandenen
Schlackenschmelze dienenden ölbrennern, denen ein Gemisch von öl und Sauerstoff zugeführt wird, in die Schlacke eingeführt.
Die Größe der erhaltenen Körner hängt wesentlich von der Oberflächenspannung und Gießhöhe der Schlackenschmelze und der
Geschwindigkeit und der Dichte des fluidisierten Bettes ab. Ist die Gießhöhe zu ger.ing, dann findet keine vollständige
Aufteilung der Schlackenschmelze in getrennte Körner bzw. Kugeln statt, und man erhält mehr oder weniger zusamroengesinterte
Körner.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dem fluidisierten
Bett in der Rinne 4 eine Geschwindigkeit zwischen etwa 0,2 und 2 m pro Sekunde, vorzugsweise zwischen etwa
0,5 und 1,5 m pro Sekunde,zu erteilen. Die Dichte des fluidisierten
Bettes hängt insbesondere von dem spezifischen Gewicht und der mittleren Größe der feinkörnigen Partikel
ab und wird vorzugsweise zwischen etwa 0,7 und 1,5, insbesondere etwa 0,8 und 1,2 gewählt.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Granulatkorn 12 im Schnitt.
Das Granulatkorn 12 weist eine etwa kugelförmige Schale 14 aus
erstarrter Schlacke auf, deren glasige äußere Oberfläche mit Sandpartikeln 15 übersät ist und deren Inneres 16 hohl ist.
Jedes der Sandpartikel 15 ist mit einem Teil seiner Ober-
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fläche in das Schlackenkorn eingeschmolzen oder an dieses angeschmolzen. Durch das mindestens teilweise Einschmelzen
der Sandpartikel 15 im Bereich der äußeren Oberfläche des Schlackenkornes haften die Sandpartikel besonders fest, so
daß sich das erfindungsgemäße Granulat insbesondere gut als Zuschlagstoff für Beton eignet.
Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden als erfindungswesentlich
beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Claims (5)
1. Vorrichtung zur Granulierung von Schmelzen, insbesondere Schlackenschmelzen, Glasschmelzen, Keramikschmelzen,
Metallschmelzen, Schmelzen aus Metallegierungen usw. mit einem fluidisierten Bett, gekennzeichnet
durch eine mit Einblaseinrichtungen (3, 9) für feinkörnige Partikel und/oder fluidisierende Medien versehene Rinne (45
zum Erzeugen der fluidisierten Strömung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rinne (4) einen Überlauf mit
einer Separierungsvorrichtung C6D zur Trennung des Granulates
von den Partikeln der fluidisierten Strömung, soweit diese nicht am Granulat haften, aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Separierungsvorrichtung (6) mit
einem Auffangraum für feinkörnige Partikel der fluidisierten Strömung versehen ist und daß dieser Auffangraum mit
Einrichtungen (9) zum Zuführen von Fluidisierungsmedien
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versehen ist, um in dem Auffangraum ein fluidisiertes Bett (8)
zu erzeugen, und daß der Auffangraum ferner mit einem Wärmetauscher (11) versehen ist zur Rückgewinnung der Wärme, die
auf die Partikel der fluidisierten Strömung übertragen worden
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Separierungsvorrichtung hinter
dem Wärmetauscher (11) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Rinne (4) eine Neigung zwischen etwa 6° und 20°, vorzugsweise
zwischen etwa 10° bis 15°, aufweist.
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