DE7826363U1 - Vorrichtung zum granulieren von schmelzen - Google Patents

Description

betreffend
Vorrichtung zum Granulieren von Schmelzen

Vorrichtung zum Granulieren von Schlackenschmelzen, Glasschmelzen, Keramikschmelzen, Metallschmelzen und Schmelzen aus Metallegierungen, insbesondere von Hochofenschlackenschmelzen, wobei die Schmelze mindestens zu einem dünnen Schmelzestrahl geformt und durch Zusammentreffen unter einem vorbestimmten Auftreffwinkel mit einer eine hohe Geschwindigkeit relativ zu dem Schmelzestrahl aufweisenden Strömung aus feinkörnigen, festen Partikeln und/oder Wasserdampf und/oder Gas, insbesondere Schutzgas, in ein im wesentlichen feinkörniges Granulat überführt wird.

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Bei metallurgischen Schlacken überführt man die Schmelze vielfach in eine Pfanne, welche zu der Schlackenhalde gebracht wird, wo man die Schlacke entweder in 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, z.B. durch Vergießen der Schlacke in Wasser, kommt oft zur Anwendung. Das erstgenannte Verfahren ist nicht wirtschaftlich und hat eine Umweltverschmutzung zur Folge. Das zuletzt genannte Verfahren ist dagegen wirtschaftlicher, weil das Granulat u.a. als Zusatzmaterial, z.B. als Zuschlagstoff zu Beton, verwendet werden kann.

Jedoch weisen alle bisher bekannten Verfahren zum Granulieren von Schmelzen, insbesondere von Schlackenschmelzen, Nachteile auf und sind mit Mängeln behaftet, u. a. geht der Wärmeinhalt der Schlackenschmelze verloren. Außerdem kann man das Granulat in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verfahren, nur in mehr oder weniger begrenztem Umfang verwenden. Das Granulieren von Schlacken- und Metallschmelzen in Wasser ist außerdem sehr schwierig wegen der Explosionsgefahr. Man-vermeidet deshalb z.B. das Granulieren von Stahlschlacken in Wasser. Das Granulieren von Roheisen wird dagegen in Wasser vorgenommen, jedoch werden dabei große Wassermengen benötigt, und es müssen umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen eingehalten werden.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Granulieren von Schlackenschmelzen, Glasschmelzen, Keramikschmelzen, Metallschmelzen und Schmelzen aus Metallegierungen, insbesondere von Hochofenschlackenschmelzen zu schaffen, die es erlauben, die Schmelzen ohne längere Warmhaltung, also ohne Zusatzenergie, zu granulieren, wobei das Granulat in Fraktionen mit unterschiedlichen Eigenschaften unterteilbar und gegebenenfalls eine steuerbare Reaktion und/oder Verbindung der Schmelze mit feinkörnigen Partikeln ermöglicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schmelze mindestens zu einem dünnen, flüssigen, sich in einer vorbestimmten Richtung frei bewegenden Schmelzestrahl geformt und durch Zusammentreffen unter einem vorbestimmten Auftreffwinkel (a) mit einer eine im wesentlichen einheitliche Strömungsrichtung und eine hohe Geschwindigkeit relativ zu dem Schmelzestrahl bzw. den Schmelzestrahlen aufweisenden sich im wesentlichen frei bewegenden Strömung aus feinkörnigen, festen Partikeln und/oder Gas, insbesondere Schutzgas, mindestens teilweise in ein im wesentlichen feinkörniges, sich zumindest über einen Teilbereich des Gegenwinkels (b) zum Auftreffwinkel (a) fächerförmig verteilendes Granulat überführt wird.

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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß die Granulierung im freien Raum ohne Explosionsgefahr vorgenommen werden kann und daß durch die fächerförmige Verteilung des Granulats das Auffangen des heißen Granulats in einem fluidisierten Bett erleichtert wird.

Erfindungsgemäß kann das Granulat beim Aufsammeln in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen Aufsammelstelle und der Stelle des Zusammentreffens des Schmelzestrahles mit der Strömung in Franktionen unterteilt werden. Auf diese Weise kann das Granulat in Fraktionen unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere unterschiedlicher Korngröße, Dichte, und/oder Materialzusammensetzung, unterteilt werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn Metallschmelzen oder Schmelzen mit einem beträchtlichen metallischen Anteil granuliert werden und rein metallische bzw, überwiegend metallische Granulatkörner von nicht rein metallischen bzw. nicht metallischen Granulatkörner getrennt werden sollen.

Weiter bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die festen, feinkörnigen Partikel durch Auf- und/oder Einschließen in die noch flüssige Schmelze mit dieser im Granulat fest verbunden sind und so eine dauerhafte nicht entmischbare Verbindung von Schmelze und festen Partikeln geschaffen ist. Ferner bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß vorbestimmte Reaktionen zwischen Schmelze und festen Partikeln stattfinden können.

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Vorzugsweise ist der Auftreffwinkel (a) zwischen Schmelzestrahl und Strömung ein spitzer Winkel, der vorteilhafterweise zwischen etwa 5° und 90 , vorzugsweise zwischen etwa 20° und 90° liegt. Insbesondere haben sich Auftreffwinkel (a) zwischen etwa 20° und 40° oder zwischen etwa 50° und etwa 70°, vorzugsweise bei etwa 60° als vorteilhaft erwiesen.

Erfindungsgemäß können die festen feinkörnigen Partikel der Strömung aus mindestens einem der Schmelze zuzum:sehenden Material bestehen, sodaß das Granulat vorzugsweise ein festes Mischungsverhältnis von Schmelzanteil und Anteil an feinkörnigen festen Partikeln aufweist, wie es unmittelbar oder nach Hinzumischung von weiterem Material für einen nachfolgenden Behandlungsprozeß, insbesondere einen Mineralwollespinnprozeß, oder für die Düngemittelherstellung erforderlich ist.

Nach den erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, wenn die Schmelze zu einem flüssigen, dünnen Schmelzefilm von vorzugsweise weniger als 10 mm, vorteilhafterweise weniger als 3 mm und insbesondere weniger als 1 mm Dicke verbreitert wird und ein Strahl aus feinkörnigen festen Partikeln mit hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise zwischen etwa 5 und 100 m/sec, vorteilhafterweise jedoch mit

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einer Geschwindigkeit zwischen etwa 5 und 50 m/sec, insbesondere zwischen etwa 10 und 20 m/sec gegen den Schmelzefilm, vorzugsweise gegen eine Flachseite des Schmelzefilms , gerichtet werden, um diesen in ein im wesentlichen feinkörniges Granulat zu zerteilen.

Erfindungsgemäß wird der mittlere Durchmesser der feinkörnigen Partikel etwa in der Größenordnung, insb. etwa gleich der Dicke des Schmelzefilms, vorzugsweise jedoch kleiner als die Dicke des Schmelzefilms gewählt. Bei der Granulierung von Hochofenschlacken mittels Sand (Siliciumdioxyd) als feinkörnigem Material hat sich eine Korngröße des Sandes bis zu 2 mm, vorzugsweise bis zu 1 mm zur Erzielung von feinkörnigem Granulat als vorteilhaft erwiesen. Für spezielle Anwendungen wurde jedoch auch feinkörniges Material mit einer Korngröße bis zu 6 mm verwendet.

Die Verbreiterung der Schmelze zu einem Schmelzefilm kann erfindungsgemäß mittels einer planen Fläche, vorzugsweise in Form einer Platte aus feuerfestem Material, insbesondere aus Graphit, vorgenommen werden. Auf diese Platte läßt man einen Schmelzestrahl auftreffen. Der Schmelzestrahl verbreitert sich hierbei. Dabei kann es vorteilhaft sein, an den Rändern der Platte Begrenzungsleisten vorzusehen, um den Schmelzestrahl seitlich zu begrenzen und diesem eine definierte Breite zu geben. Insbesondere hat es sich als

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vorteilhaft erwiesen, die Platte zum Zerteilen des Schmelzestrahls in einen dünnen Schmelzefilm vibrieren zu lassen, wobei die Amplitude der Vibrationen in der Ebene der Plattenfläche liegen. Durch derartige Vibrationen in der Ebene der Aufprallfläche wird das Zerteilen des Schmelzestrahles zum Film vorteilhaft beeinflußt. Es kann auch vorteilhaft sein, die Aufprallplatte zum Zerteilen des Schmelzefilms aufzuheizen. Dies kann z.B. mittels ölbrennern geschehen, die unmittelbar auf die Auftrefflache der Platte gerichtet werden können. Da der Schmelzefilm, der die Aufprallplatte verläßt, infolge der Oberflächenspannung der Schmelze dazu neigt, sich zu einem runden Strahl wieder zusammenzuziehen, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, die Strömung aus feinkörnigen Partikeln unmittelbar unterhalb der Aufprallplatte gegen den Schmelzefilm zu richten. Der Winkel ,a, den die Strömung aus feinen Partikeln dabei mit dem Schmelzefilm bildet, kann erfindungsgemäß zwischen etwa 20° und 120° liegen, vorteilhafterweise liegt dieser Winkel jedoch zwischen etwa 50° und etwa 70°, insbesondere bei etwa 60°. Der Winkel, den die Strömung·aus feinkörnigen Partikeln mit der Horizontalen bildet, richtet sich in erster Linie nach dem vorgenannten Winkel zwischen dem Schmelzefilm und der Strömung aus festen Partikeln und beträgt etwa 30°, wenn dieser Winkel zwischen dem Schmelzefilm und der Strömung aus festen Partikeln etwa 60° beträgt.

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Erfindungsgemäß hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das gebildete Granulat in Fraktionen unterteilt aufzusammeln.

Da die Strömung mit hoher Energie auf den Schlackefilm auftrifft, bewegt sich das erhaltene Granulat längs Wurparabeln nach unten, wobei der Abfall der Wurfparabel der kinetischen Energie entspricht, die die einzelnen Granulatteile durch die Strömung erhalten haben.

Des weiteren entspricht die kinetische Energie, die den Granulatteilen erteilt wird, dem Mischungsverhältnis von feinkörnigen Partikeln und Schmelzeanteilen im Granulat. Ist also der Anteil an feinkörnigen Partikeln sehr hoch, so wird die dem Granulat erteilte kinetische Energie entsprechend groß sein und dementsprechend die Neigung der Wurfparabel relativ gering sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es daher, bestimmte Mischungsverhältnisse von Schmelze und feinkörnigem Material dadurch aus dem Granulatstrom auszusondern, daß man unterhalb der Auftreffstelle der Partikel auf den Schmelzefilm und in verschiedenen seitlichen Abständen von dieser Auftreffstelle des Partikelstrahles auf den Schmelzefilm mehrere Auffangeinrichtungen anordnet. In diesen Auffangeinrichtungen werden dann Fraktionen des Granulats mit im wesentlichen einheitlichen Mischungsverhältnissen von Schmelze und feinkörnigem Material erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch den Vorteil, daß in der Schmelze vorhandene Inhomogenitäten, insbesondere

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spezifisch schwerere Anteile in einer ersten Fraktion unterhalb des Schmelzefilms aufgefangen werden können. Dies gilt insbesondere für Schmelzen aus Hochofenschlakken, in denen vielfach noch metallische Reste vorhanden sein können. Diese werden dann vom übrigen Granulat ohne weiteres getrennt. Ferner bildet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß Partien der Schmelze bzw. des Schmelzefilms auf die eine nicht ausreichende Menge an feinkörnigen Partikeln auftrifft und die daher nicht in hinreichend feinkörniges Granulat zerteilt werden, ebenfalls in der ersten Fraktion im wesentlichen unmittelbar unterhalb des Schmelzefilms aufgefangen werden können und von dem übrigen feinkörniger granulierten Material getrennt bleiben.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Gewichtsverhältnis von feinkörnigem Material der Partikelströmung und Schmelze etwa 1:1 zu wählen. Es kann aber auch vorteilhaft sein, dieses Verhältnis größer, insbesondere etwa gleich 2:1 zu wählen. Die überschüssigen feinkörnigen Partikel werden dann im allgemeinen in der von der Auftreffstelle zwischen der Strömung und dem Schmelzefilm am weitesten entfernten Fraktion aufgefangen und können dann wieder verwendet werden zur Erzeugung des feinkörnige Partikel aufweisenden Strömung.

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Es kann auch vorteilhaft sein, das Granulat bzw, mindestens eine oder mehrere Fraktionen des Granulats in einem fluidisierten Bett aufzufangen. Dieses fluidisierte Bett kann die gleichen feinkörnigen Partikel aufweisen, wie die zum Zerteilen des Schmelzefilms dienende Strömung, wobei die Fluidisierung des Bettes durch Einleiten von Wasserdampf und/oder Gasen, insbesondere Schutzgasen, wie z.B. Argon, vorgenommen werden kann. Innerhalb eines derartigen fluidisierten Bettes kann dann eine rasche Abkühlung des Granulats bzw. ein rasches Erstarren von noch flüssigen Schmelzeteilen erzielt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine grob schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 und 3 zeigen abgewandelte Vorrichtungen.

Die vorzugsweise direkt vom Hochofen in eine Pfanne kommende Schmelze 1 wird über eine geneigte Rinne 2 einer Prallplatte zugeführt, die mittels einer nicht dargestellten Vibrationseinrichtung Schwingungen in der Aufprallebene, vorzugsweise in Richtung des Pfeiles 6 ausführt. Die Schwingungen können aber auch senkrecht zum Pfeil 6 erfolgen oder mit Komponenten sowohl in Richtung des Pfeiles 6, wie senkrecht dazu. Durch das Auftreffen des Schmelzestrahles auf

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die Prallplatte 4 wird dieser zu einem Film 8 verbreitert. Eine Strömung 10 aus feinkörnigen Partikeln wird gegen diesen Schmelzefilm 8 mittels einer Beschleunigungseinrichtung 12 geschossen. Diese Beschleunigungseinrichtung 12 besteht aus einem Rad bzw. einer Walze 14 und einem Wurfband Die Beschleunigungseinrichtung schleudert die feinkörnigen Partikel mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise zwischen 5 und 50 m/sec, insbesondere zwischen 10 und 10 m/sec. gegen den Schmelzefilm 8. Die Dicke des Schmelzefilms 8 be- | trägt vorzugsweise nur wenige mm und ist vorteilhafterweise kleiner als 5 mm, insbesondere kleiner als 3 mm und die Breite des Schmelzefilms beträgt vorzugsweise mehr als 5 cm, insbesondere mehr als 10 cm und vorteilhafterweise liegt sie zwischen 10 und 30 cm, insbesondere bei etwa 15 cm. Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein Schmelzestrom aus Hochofenschlacke von etwa 500 bis 700 kg/min, der Prallplatte 4 zugeführt und zu einem Film von etwa 15 cm Breite verbreitert. Auf diesen Schmelzefilm wurden 600 bis 1200 kg/min., vorzugsweise etwa 1000 kg/min, an feinkörnigen Partikeln mittels des Partikelstromes 10 geschossen und dadurch eine Granulierung des Schmelzefilms erzielt, wobei der Strom 10 etwa die gleiche Breite wie der Schmelzefilm 8 aufwies.

Der Winkel a zwischen dem Schmelzefilm 8 und dem Strahl 10 aus feinkörnigen Partikeln beträgt vorzugsweise etwa

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50° bis 70°, mit Vorteil etwa 60°. Dementsprechend beträgt der Winkel der Strömung 10 mit der Horizontalen etwa 40° bis 20°, insbesondere etwa 30°, wenn angenommen wird, daß der Schmelzefilm 8 sich etwa senkrecht nach unten erstreckt. Das Granulat 15 wird vorzugsweise mittels Trennwänden 20, 22, 24 und 26 in unterschiedlichen Fraktionen A, B, und C aufgefangen. Die Fraktion A umfaßt dabei in erster Linie nicht oder nur unvollkommen granulierte Schmelzeteile, insbesondere Schmelzeklumpen oder dergleichen, aber auch Teile der Schmelze, die besonders hohes spezifisches Gewicht aufweisen, zum Beispiel Metallreste. Die Fraktion B besteht aus gut granuliertem Material mit einem vorbestimmten Mischungsverhältnis von Schmelze und feinkörnigen Partikeln. Die Fraktion C besteht in erster Linie aus feinkörnigem Material und sehr feinkörnigem Granulat, bei dem der Anteil an feinteiligen Partikeln im Verhältnis zum Schmelzeanteil relativ groß ist. Die Fraktion C wird vorzugsweise wieder dem Behälter 18 mit feinkörnigen Partikeln zugeführt und somit zum Partikelstrom 10 zurückgeführt.

Erfindungsgemäß kann das Granulat natürlich in mehr als drei

Fraktionen aufgefangen werden, um genauer definierte Mischungsverhältnisse von Schmelze und feinkörnigen Partikeln und/oder Korngrößen des Granulats voneinander zu

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Es kann vorteilhaft sein, das Granulat 15 insbesondere im Bereich der Fraktion B mittels eines fluidisierten Bettes aufzufangen, um eine schnelle Abkühlung und Verfestigung des Granulats zu erzielen. Erfindungsgemäß kann die Einwirkzeit der flüssigen Schmelze auf das feinkörnige Material dadurch unterschiedlich gewählt werden, daß zwischen dom Punkt des Zusammentreffens von Schmelzefilm 8 und StrömungiO und der Auffangebene für das Granulat eine unterschiedliche Höhendifferenz gewählt wird. Wird diese Höhendifferenz hinreichend groß gewählt, so ist gewährleistet, daß das Granulat sich beim Auffangen bereits verfestigt hat und dann die Gefahr des Zusammenbackensnicht mehr besteht. Auch kann durch Wahl der Fallhöhe die Reaktionszeit zwischen Schmelze und feinkörnigem Material eingestellt werden, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn chemische Reaktionen zwischen Schmelze und feinkörnigem Material stattfinden.

Anstelle der Wurfeinrichtung 12 können auch Wurfeinrichtungen verwendet werden, die anstelle des Wurfrades 14 ein zweites Wurfband aufweisen, ähnlich dem Wurfband 16. Das Wurfband 16 erhält dabei vorzugsweise eine langgestreckte, geradlinige Form, wobei das obere Trum eben und nicht geknickt ausgeführt ist, und anstelle des Wurfrades 14 ein zweites, vorzugsweise etwas kürzeres Wurfband oberhalb des ersten Wurfbandes angeordnet wird und das fein-

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körnige Material zwischen beide Wurfbänder zugeführt wird.

Zur Beschleunigung der feinkörnigen Partikel kann auch ausschließlich oder in Kombination mit den vorgenannten Beschleunigungseinrichtungen Druckluft oder Druckgas, insbesondere Schutzgas z.B. Argon verwendet werden.

Die festen feinkörnigen Partikel bestehen vorzugsweise aus Sand (Siliciumdioxyd), aus kornförmigen Ferrolegierungen, kornförmigem keramischem Material oder aus Granitpulver, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Siliciumdioxyd hat und daher energetisch günstiger ist.

Erfindungsgemäß kann die auf das Granulat 15 und/oder die nicht mit der Schmelze verbundenen feinkörnigen Partikeln übertragene Wärme beim Auffangen des Granulates bzw. des feinkörnigen Materials rückgewonnen werden, indem man unterhalb der Auffangebene einen Wärmetauscher insbesondere in Form von Rohrschlangen anordnet. Diese Wärmerückgewinnung ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn im Bereich der Auffangebene ein fluidisiertes Bett vorgesehen ist. Die rückgewonnene Wärme kann als Energie für die Aufrechterhaltung der feinkörnigen Partikelströmung und/oder des fluidisierenden Bettes verwendet werden.

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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich dadurch von demjenigen gemäß Fig. 1, daß eine Prallplatte verwendet wird, deren unterer Abschnitt 36 keilförmig ausgebildet ist und die in dem Winkel zwischen Schmelzestrahl und Strömung 10 angeordnet ist. Durch diese Ausbildung und Anordnung der Prallplatte 34 wird erreicht, daß die Strömung 10 auf den Schmelzestrahl 38,der durch die Prallplatte 34 zu einem dünnen Film verbreitert wird, unmittelbar beim Ablösen von der Prallplatte 34 trifft. Der Schmelzestrahl hat daher praktisch keine Möglichkeit, sich infolge der hohen Oberflächenspannung der Schmelze 1 wieder auf einen kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Querschnitt zusammenzuziehen. Der filmförmig verbreitere Schmelzestrahl wird vielmehr unmittelbar nach Verlassen des keilförmigen vorderen Abschnitts 36 der Prallplatte 34.von der Strömung 10 erfaßt und von dieser mindestens teilweise mitgenommen. Durch diese Mitnahme durch die eine wesentlich höhere Geschwindigkeit aufweisende Strömung 10 wird der Schmelzestrahl 38 nicht nur in Richtung der Strömung 10 abgelenkt bzw. umgebogen, sondern auch auseinandergezogen, wodurch die Bildung eines relativ feinkörnigen Granulats erleichtert wird. Obwohl es sich in der Praxis kaum erreichen läßt, daß die Strömung 10 unmittelbar an der unteren Kante der Prallplatte 34 auf den Schmelzestrahl 38 trifft, sollte der Abstand zwischen der unteren Kante der Prallplatte und der

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Stelle, wo die Strömung 10 auf den Schmelzestrahl auftrifft, möglichst gering sein. Dieser Abstand wird erfindungsgemäß vorzugsweise kleiner 10 cm, insbesondere kleiner 5 cm gewählt werden. Dies gilt auch für die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die übrigen Bezugsziffern der Fig. 2 bezeichnen Teile, die mit den entsprechenden Teilen der Fig. 1 übereinstimmen, so daß eine nähere Erläuterung dieser Bezugsziffern nicht erforderlich ist. Die Prallplatte 34 wird vorzugsweise mit einer Frequenz von 100 oder 200 Hertz in Vibrationen parallel zu ihrer Prallfläche versetzt, wobei die Schwingungen vorzugsweise senkrecht zur Zeichenebene erfolgen, d.h. parallel zur spitzen Vorderkante des keilförmigen Abschnitts 36. Durch derartige Vibrationen der Prallplatte 34 wird das Ablösen des Schmelzestrahls 38 von der Prallplatte 34 erleichtert.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird das Granulat 15 in analoger Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 hergestellt, wobei jedoch der linke Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 2 weggebrochen ist. Gleiche Teile sind in Fig. 3 ebenfalls mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bzw. Fig. 1 versehen. Der Granulatstrom 15 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 teilweise in das Innere eines zylinderförmigen doppelwandigen Behälters 50 geleitet. Die Vorderwand 51 des Behälters 50 ist mit einer

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öffnung 56 versehen, die vorzugsweise etwa rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Vorderwand 51 des Behälters 50 dient dabei als Trennwand, die den Granulatstrom 15 in zwei Teilströme 15' und 15'' unterteilt. Der Behälter 50 weist eine Bodenwanne 52 und ein Kopfteil 54 auf. In die Bodenwanne 52 wird über einen Anschlußstutzen 60 mittels eines nicht dargestellten Gebläses Druckluft zugeführt, die über im Düsenboden 61 vorgesehene Düsen 62 in das Innere des doppelwandig ausgebildeten Behälters 50 geleitet wird, um dort eine fluidisierte Strömung des in das Innere des Bohälters 50 gelangenden Granulats 15' aufrechtzuerhalten. Wenn der doppelwandige Behälter 50 einen Innendurchmesser von z.B. 3m aufweist, kann es zweckmäßig sein, den Düsenboden mit etwa 300 Düsen 62 zu versehen, wobei jede Düse 62 z.B. sechs seitliche Düsenöffnungen aufweisen kann. Uber einen derartigen Düsenboden 61 können dem Inneren des Behälters 50 mittels eines geeigneten Gebläses z.B. 500 bis 1000 m Luft pro Minute zugeführt werden. Oberhalb der Düsen 62 ist ein Rührer 66 angeordnet, dessen Achse 68 durch den Düsenboden 61 und die Bodenwanne 52 hindurch geführt ist, wobei die Achse 68 vorzugsweise wassergekühlt ist. Des weiteren sind oberhalb des Rührers 66 zwei Rührer 70 und 72 vorgesehen, deren Achsen 74 und 76 sich von oben her in das Innere des Behälters 50 erstrecken. Die Achsen 74 und 76 sind ebenfalls vorzugsweise wassergekühlt.

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Der Antrieb der Rührer 66, 70, 72 kann mittels nicht dargestellter, mit einer Untersetzung versehenen Elektromotoren erfolgen. Im Inneren des Behälters 50 bildet sich ein allgemein mit der Bezugsziffer 79 bezeichnetes fluidisiertes Bett durch das Zusammenwirken der über die Düsen 62 zugeführten Druckluft mit dem Granulat 15'' aus. Die Rührer 66, 70 und 72 verhindern, daß das Granulat zusammenklumpt. Das Granulat 15'' wird über einen Auslaßkanal 80 einem Sieb 82 zugeführt und nach Absieben von eventuellen Klumpen mittels eines Förderbandes 84 abtransportiert. Die über den Düsenboden 61 zugeführte Druckluft, die bei ihrem Durchgang durch das Wirbelbett 79 infolge ihrer Berührung mit dem heißen Granulat 15'' aufgeheizt worden ist, wird über einen Auslaßstutzen 64 abgeleitet und kann zur Wärmerückgewinnung dienen.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 sind die Einlaßöffnung 56 und der Auslaßkanal 80 an sich gegenüberliegenden Seiten des Behälters 50 angeordnet. Es ist jedoch vorteilhafter, die Einlaßöffnung und den Auslaßkanal nicht um 180° versetzt gegeneinander, sondern um etwa 90 versetzt zueinander anzuordnen, um zu verhindern, daß ein Teil des Granulats 15'' unmittelbar zum Auslaßkanal 80 gelangt. Eine um 90° zum Auslaßkanal 80 versetzt angeordnete Einlaßöffnung ist bei 86 angedeutet. Diese Anordnung der Einlaß-

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Öffnung bei 86 bietet darüber hinaus den Vorteil, daß das in deji Behälter 50 gelangende Granulat 15'' im wesentlichen nicht auf die Achsen 74 und 76 der Rührer 70 und 72 trifft, sondern zwischen diese hindurch dem fluidisierten Bett 79 zugeführt wird. In der Fig. 3 entspricht die Vorderwand 51
des Behälters 50 der Trennwand 22 in Fig.. 1 . Bei einer
Anordnung der Einlaßöffnungen 86 um 90° zum Auslaßkanal 80 versetzt kann an der der Einlaßöffnung 86 gegenüberliegenden Behälterwand des Behälters 50 ein weiterer nicht dargestellter Auslaß vorgesehen sein, der es ermöglicht, daß der der Fraktion C in Fig. !.entsprechende Teil des Granulats der in erster Linie aus nicht an das Granulat gebundenen Partikeln der Strömung 10 besteht, aus dem Behälter 50 heraustreten und gesondert vom übrigen Granulat abgeführt werden kann.

Im folgenden werden Beispiele für den Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 3 gegeben:

Beispiel 1:

Hochofenschlacke wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren f

granuliert, wobei Granitmehl mit einer Körnung von 0 - 2 mm als feinkörnige, feste Partikel 11 der Strömung 10 dienten. Das Gewichtsverhältnis von Schmelze zu Partikeln war 1:1. Der Granulatstrom wurde in ein Wirbelbett 79 eingeführt

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Luft pro Minute über den Düsenboden 61 zugeführt. Das Granulat hatte beim Verlassen des Wirbelbettes 79 eine Tempera-

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mit einem Durchmesser von 3 m. Dem Wirbelbett wurden 600 m

tür von 54O⁰C und folgende Zusammensetzung:

CaO SiO₂ Al₂O₃ MgO FeO TiO₂ S Alkali Gew.°a 21,7 52,3 14,5 4,5 3,3 0,65 0,5 4,3.

Die Korngröße des Granulats 15'' war 0-4 mm.

Das Granulat wurde in einer Wanne geschmolzen und auf einem Vierrad-Spinner zu Mineralwolle versponnen.

Beispiel 2:

Stahlschlacke wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren granuliert, wobei für die Strömung 10 gekörntes Material mit einem Durchmesser von 0 - 4 mm verwendet wurde, das aus einem Gemisch von schwerlöslichem Rohphosphat, NaCO,, FeSi und SiO₂ im Verhältnis 68:20:5:7 bestand.

Das Verhältnis Schmelze zu festen feinkörnigen Partikeln war 1:1. Der Teil 15' des Granulats wies einen hohen metallischen Anteil auf, aus dem das Metall vorzugsweise magnetisch ausgeschieden wurde. Nach dem Abkühlen und dem magnetischen Entfernen von Metallteilen wurde das Granulat

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Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, eine im wesentlichen aus Stahlschlacke bestehende Schmelze 1 mittels einer Strömung 10 zu granulieren, die feinkörnige, feste Partikel 11 aufweist, die mindestens teilweise aus Kalkstein (CaCO_) bestehen. Die Metalleinschlüsse, die insbesondere im Bereich der Fraktion A bzw. 15' anfallen, sind dann mit Kalkstein-Partikeln, die wegen der hohen Temperatur der Schmelze zumindest zum Teil in gebrannten Kalk (CaO) überführt sind, vermischt, was für die Wiederverwendung der Metalleinschlüsse bei der Stahlerzeugung besonders vorteilhaft ist, da bei der Stahlerzeugung neben Kohle ohnehin Kalkstein und gebrannter Kalk zugegeben werden. Darüberhinaus bietet die vorgenannte Zugabe von Kalkstein-Partikeln den Vorteil, daß ohne zusätzliche Energiezufuhr ein großer Teil des Kalksteins in gebrannten Kalk überführt wird. Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn neben Kalkstein-Partikeln auch Partikel ausgebrannten Kalks (CaO) der Strömung 10 zugemischt werden.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 3 wird die Schmelze 1 aus einer offenen Pfanne in eine geneigte Rinne

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2 gegossen und fließt als beschleunigter Strahl gegen eine Prallplatte 4 bzw. 34, die den Schmelzestrahl zu einem Film 8 bzw. 38 verbreitert. Der Film 8 ist in Fig. 1 im wesentlichen senkrecht nach unten gerichtet, während der Film in Fig. 2 und 3 eine gewisse Neigung gegen die Vertikale aufweist. Um günstigere räumliche Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Granulieren zu erzielen und/ oder die Reaktionszeit zwischen Schmelze und Strömung 10 zu verlängern und/oder die Abkühlzeit des Granulats 15 zu verlängern, kann man erfindungsgemäß den Schmelzestrahl bzw. die Schmelzestrahlen etwa horizontal oder schräg nach oben richten. Hierzu kann es zweckmäßig sein, einen Behälter für die Schmelze 1 zu wählen, der im Bodenbereich eine oder mehrere düsenförmige, insbesondere schlitzdüsenförmige Öffnungen für den Austritt von Schmelzestrahlen aufweist, wobei auf die im Behälter befindliche Schmelze,ζ.Β. mittels Druckgas, ein Überdruck aufbringbar ist, so daß die Schmelze aus den genannten Düsenöffnungen unter Druck ausströmt und die austretenden Schmeizestrahlen horizontal oder schräg nach oben gerichtet werden können. Bei dieser abgewandelten Vorrichtung wird der Strömung 10 eine entsprechende Richtung gegeben, so daß der Auftreffwinkel a zwischen Schmelzestrahl und Strömung 10 auch in diesem Fall vorzugsweise einen spitzen Winkel, vorteilhafterweise zwischen etwa 10° und 50° bildet. Durch schräg nach oben, z.B. unter 45° bis

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nach oben gegen die Horizontale ,gerichtete Schmelzestrahlen und eine entsprechend gerichtete Strömung 10 kann eine wurfparabelförmige Verteilung des Granulats bei günstigen räumlichen Abmessungen der Vorrichtung erzielt werden. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Anordnung so zu treffen, daß die Schmelzestrahlen und die Strömung 10 in einem geschlossenen Behälter aufeinandertreffen. Dieser Behälter kann dann eine Schutzgas-, insbesondere eine Argonatmosphäre aufweisen. Auch kann es ,insbesondere beim Granulieren von Metallschmelzen ,vorteilhaft sein, wenn die Strömung 10 ausschließlich aus Druckluft oder einem Druckgas, insbesondere einem Inertgas, z.B. Argon, besteht, das eine geringe Löslichkeit in der zu granulierenden Metallschmelze aufweist. Bei Verwendung eines Inertgases zum Herstellen der Strömung 10 treten die in der MetallschmeZ ze eingeschlossenen Gase beim Eintritt der Schmelze in die Inertgasströmung aus und tragen dadurch zum Zerspritzen und Granulieren der Schmelze bei. Die hierbei stattfindenden Vorgänge sind in dem US-Patent 2 826 489 (Wagner) näher erläutert. Auch bei horizontal oder schräg nach oben gerichteten Schmelzestrahlen kann das Granulat in unterschiedlichen Fraktionen in Abhängigkeit von der Entfernung von der Stelle des Zusammentreffens voij Schmelzestrahlen und Strömung 10 aufgefangen werden. Die Trennwände 20, 22, 24 und 26 werden dabei zweckmäßigerweise nicht nur in der gemeinsamen Ebene von Schmelzestrahl und

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Strömung 10 hintereinander gestaffelt angeordnet, sondern auch seitlich von dieser Ebene in unterschiedlichem Abstand von der Stelle des Zusammentreffens von Schmelzestrahlen und Strömung 10 angeordnet, um die beim Zerspritzen bzw.· Zerteilen der Schmelze von der genannten Ebene seitlich weiter nach außen gelangenden, weniger schweren, z.B. verunreinigten, Granulatkörner besser von den schwereren, rein metallischen Granulatkörnern zu trennen. Hierzu können die senkrechten Trennwände 22, 24 und 26 auf der horizontalen Auffangfläche für das Granulat längs etwa oval verlaufenden Linien befestigt werden, wobei die Längsachsen dieser ovalen Linien in der durch den Schmelzestrahl und die Strömung 10 definierten Ebene liegen und die kurzen Achsen dieser ovalförmigen Linien sich etwa senkrecht zu dieser Ebene erstrecken.

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.

nsprüche -

Claims (16)

30.JuIi 1980 G 78 26 363.5 1G-3944a Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Granulieren von Schlackenschmelzen, Glasschmelzen, Keramikschmelzen, Metallschmelzen und Schmelzen aus Metallegierungen, insbesondere von Hochofenschlackenschmelzen, wobei die Schmelze mindestens zu einem dünnen, flüssigen, sich in einer vorbestimmten Richtung frei bewegenden Schmelzestrahl geformt und durch Zusammentreffen unter einem vorbestimmten Auftreffwinkel mit einer eine im wesentlichen einheitliche Strömungsrichtung und eine hohe Geschwindigkeit relativ zu dem Schmelzestrahl bzw. den Schmelzestrahlen aufweisenden, sich im wesentlichen frei bewegenden Strömung aus feinkörnigen, festen Partikeln und/oder Wasserdampf und/oder Gas, insbesondere Schutzgas, mindestens teilweise in ein im wesentlichen feinkörniges, sich zumindest über einen Teilbereich des Gegenwinkels zum Auftreffwinkel fächerförmig verteilendes Granulat überführt wird, gekennzeichnet durch ein fluidisiertes Bett (79) mit einer mindestens einen Teil (15'') des Granulats (15) aufnehmenden öffnung (56).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie Wärmetauscher und/oder durch erhitzten Wasserdampf und/oder erhitztes Gas antreibbare Turbinen umfaßt.

3-. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß das fluidisierte Bett (79) einen Düsenboden (61) mit Düsen (62) für Luft, Dampf und/oder Gas, insbesondere Schutzgas aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb des fluidisierten Bettes (79) oberhalb des Düsenbodens (61) Rührer (66, 70, 72) angeordnet sind, deren Achsen (68, 74, 76) sich von oben und/oder unten in das fluidisierte Bett (79) hineine'rstrecken und vorzugsweise wassergekühlt sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen zur Granulatbildung dienenden geschlossenen, vorzugsweise unter Schutzgasatmosphäre stehenden Raum.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen unter einem erhöhten Druck stehenden Behälter, aus dem die Schmelze (1) über Düsen, vorzugsweise Schlitzdüsen, ausspritzbar ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1b is 6, gekennzeichnet durch eine in den Weg des flüssigen Schlackestrahls gestellte Prallwand (4, 34) zum Umformen des Schlackestrahls (2) zu einem dünnen Schlackefilm (8, 38) sowie durch eine Beschleunigungseinrichtung C120 für die feinkörnigen, festen Partikel

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren d'3r Ansprüche

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallplatte C4, 34) mit einer Vibrationseinrichtung versehen ist, die der Prallplatte (4, 34) in ihrer Plattenebene liegende Schwingungen C6) erteilt.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Beschleunigungseinrichtung (12) für die feinkörnigen,

»lit

festen Partikel (11) aus einem Wurfband (16) besteht.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß hinter der Auftreffstelle der Strömung (10) auf den Schmelzefilm (8, 38) unterhalb des sich fächerförmig verteilenden und etwa längs wurfparabelförmiger Bahnen sich bewegenden Granulats (15) Trennwände (20, 22, 24, 26; 51) vorgesehen sind, welche das Granulat (15) in Fraktionen (A, B, C; 15', 15'') unterteilen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Auftreffwinkel (a) zwischen etwa 5 und 90 , vorzugsweise zwischen etwa 20° und 90° liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Auftreffwinkel (a) _f zwischen etwa 20° und 40° liegt. |

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Auftreffwinkel (a) zwischen etwa 50° und etwa 70°, insbesondere bei etwa 60° liegt.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelzestrahl die Form eines dünnen Films (8, 38) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß das fluidisierte Bett (79) das Granulat oder mindestens eine oder mehrere Fraktionen (15* ·) des Granulats (15) auffängt.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß der bzw. die Schmelzestrahlen horizontal oder schräg nach oben, vorzugsweise unter einem Winkel von 45° bis 70° zur Horizontalen geneigt, gerichtet sind und daß die Strömung (10) eine entsprechende Richtung aufweist.