EP0683824B1 - Verfarhen zum granulieren und zerkleinern von schmelzflüssigem material und mahlgut sowie einrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfarhen zum granulieren und zerkleinern von schmelzflüssigem material und mahlgut sowie einrichtung zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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EP0683824B1
EP0683824B1 EP95901265A EP95901265A EP0683824B1 EP 0683824 B1 EP0683824 B1 EP 0683824B1 EP 95901265 A EP95901265 A EP 95901265A EP 95901265 A EP95901265 A EP 95901265A EP 0683824 B1 EP0683824 B1 EP 0683824B1
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slag
vapour
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Holderbank Financiere Glarus AG
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    • C21B2400/066—Receptacle features where the slag is treated
    • C21B2400/074—Tower structures for cooling, being confined but not sealed

Definitions

  • the invention relates to a method for granulating and crushing molten material and regrind, wherein the melt is introduced into a mixing chamber in the mixing chamber water, water vapor and / or air / water mixtures be injected and the evaporated water together ejected with the solidified slag via a diffuser becomes.
  • Molten blast furnace slag is usually made with the help granulated by water to obtain an amorphous product which in the glass phase, i.e. solidified in a metastable phase. After a grinding process, such a product can be used as hydraulically active component can be added to cements. The The heat of fusion of the melt flow is such a procedure converted into a low temperature heat of water and is no longer usable.
  • the invention now aims at a method of the beginning to create the kind with which it succeeds in creating the Melting heat of slags is much better thermodynamically to use and the usually required grinding effort in case of further use as a cement aggregate or for grinding clinker for the production of To make cement more energy-efficient.
  • the object of the inventive method is essentially in that the melt is introduced under pressure into the mixing chamber is and the exit beam of the diffuser against one Exit beam of another diffuser is directed. Because the melt, for example with compressed air in a Mixing chamber is introduced and water in the mixing chamber, Water vapor and / or air / water mixtures are injected, creates a rapidly expanding dispersion of solidifying molten material, the expanding gas flow is expelled through a diffuser.
  • the gas flow breaks the particles solidified to amorphous slag glass underneath extreme volume increase with it, taking the thermal energy is converted into kinetic energy, which is a directed flow of the granulated material formed enables.
  • the pressure in the mixing chamber corresponds to essential the flow losses of the formed, strong superheated steam.
  • the heat of slag is mainly converted into flow energy, and it becomes the amorphous Cinder glass particles entrained with the flow.
  • the high kinetic energy is now immediately for the comminution of oversize grain is used, for which the method is carried out so that the exit jet of the diffuser against an exit jet of another Diffuser is directed. By colliding with others particle streams flowing out with high kinetic energy the kinetic energy is used for reduction the energy required for the grinding process, and it takes place thus a far more extensive use of the Melt contained heat than this with known methods was the case.
  • the steam formed in the process according to the invention has a compared to conventional slag pelletizers much higher temperature level, and the steam temperature can be recovered in a conventional manner.
  • the procedure is such that the steam formed withdrawn and passed over a heat exchanger, and that the condensate of the mixing chamber is returned, so that also used water can be circulated.
  • the device according to the invention consists essentially in that a pipe for molten slag with a Mixing chamber is connected to the mixing chamber that lines for water, water vapor and / or water / air mixtures, that a diffuser is connected to the mixing chamber, and that baffles to the outlet opening or further outlet openings for accelerated particles whose axis is the axis cut the outlet opening of the diffuser, are arranged.
  • the blast furnace slag granules formed can with such Furnishing not only in the amorphous glass phase solidify, but also at the same time taking advantage the resulting from thermal energy through conversion kinetic energy are crushed to the extent that a further grinding process can be omitted. So it becomes immediate the thermodynamic energy of the slag melt also for made the grinding process usable.
  • the device according to the invention is advantageously developed in such a way that that the line for molten slag over a nozzle assembly with ring nozzles that can be pressurized with compressed air opens into the mixing chamber, resulting in better dispersion in the mixing chamber, which is designed as a granulating evaporator is can be achieved.
  • the fine dispersion caused by the Compressed air exposure is achieved, allows much simpler facilities for the introduction of Provide pressurized water or steam, the water jet for example, be pushed radially into the mixing chamber can.
  • the training is advantageously made such that between Mixing chamber and diffuser with an injector chamber opposite Diffuser outlet opening less effective Cross section is arranged to which a line for additional regrind or additives is connected, so that under Taking advantage of the injector effect immediately suction or a metered introduction of additives or other regrind in the device according to the invention is possible.
  • 1 denotes a slag melting vessel, from which a slag melt 2 via a tap opening 3 is subtracted.
  • the tap opening 3 opens via an annular nozzle 4 into a mixing chamber 5 of the invention Device for granulating and crushing the Slag, which is designated 6 in total.
  • 6 in total.
  • Compressed air introduced, creating a homogeneous dispersion of the Slag jet is achieved in the mixing chamber 5.
  • To the Mixing chamber 5 also open lines 8 for pressurized water. The Pressure water pushed into the mixing chamber 5 via the lines 8 expands at high speed and can move towards flow out of arrow 9.
  • this outflow Direction of arrow 9 is the granulated particles flow energy given so that the particle flow with the steam the outlet opening 10 of a steam diffuser 11 with high Speed, and thus high kinetic energy of the contained Particles can leave.
  • On the way between the mixing chamber 5 and the steam diffuser 11 is an area 12 with reduced Cross section provided, in which at the same time Form a negative pressure at maximum flow rate can, so that 13 further regrind or Aggregates or additives are drawn in according to the injector principle can be.
  • a storage container 14 is provided, and there is a dosing screw 15 in the feed channel Injector chamber arranged.
  • the regrind designated 22 can after sieving used directly as cement or cement aggregate with any oversize that is still present over the line 13 can be returned to the injector chamber 12.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material und Mahlgut, wobei die Schmelze in eine Mischkammer eingebracht wird, in die Mischkammer Wasser, Wasserdampf und/oder Luft-/Wassergemische eingedüst werden und das verdampfte Wasser gemeinsam mit der erstarrten Schlacke über einen Diffusor ausgestoßen wird.
Schmelzflüssige Hochofenschlacke wird überlicherweise mit Hilfe von Wasser granuliert, um ein amorphes Produkt zu erhalten, welches in der Glasphase, d.h. einer metastabilen Phase erstarrt. Nach einem Mahlvorgang kann ein derartiges Produkt als hydraulisch aktive Komponente Zementen zugemischt werden. Die Schmelzwärme des Schmelzflusses wird bei einer derartigen Verfahrensweise in eine Niedertemperaturwärme von Wasser übergeführt und ist nicht weiter nutzbar.
Auch bei der Abkühlung von schmelzflüssigen Stahlschlacken wird üblicherweise die Wärme über Strahlungs- und Konvektionsvorgänge mit der Umgebungsluft gekühlt. Auch eine derartige Abwärme ist technisch nicht ohne weiteres nutzbar.
Aus der US-A-2 450 978 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem Hochdruckwasser in einen Einlauftrichter eingepreßt und gemeinsam mit einem Schlackenstrom gegen eine Prallplatte gerichtet wird. In der DE-A-24 44 197 wird granulierte Hochofenschlacke durch Einbringen eines gerichteten Schlackenstrahles in Wasser hergestellt.
Insgesamt wird bei allen bekannten Granulations- bzw. Abkühlverfahren für Schlacken die Schlackenschmelzwärme thermodynamisch und technisch nur zu einem überaus geringen Bruchteil ausgenützt, wobei die ursprünglich enthaltene Energie im wesentlichen dafür verwendet wird, die ursprünglich enthaltene Energie in Form der metastabilen Glasphase des Endproduktes zu speichern, und eine Umwandlung in einen stabilen kristallinen Zustand zu verhindern.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem es gelingt, die Schmelzwärme von Schlacken thermodynamisch wesentlich besser zu nutzen und den überlicherweise erforderlichen Mahlaufwand für den Fall einer Weiterverwendung als Zementzuschlagstoff bzw. für das Aufmahlen von Klinker für die Herstellung von Zement energetisch günstiger zu gestalten. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß die Schmelze unter Druck in die Mischkammer eingebracht wird und der Austrittsstrahl des Diffusors gegen einen Austrittsstrahl eines weiteren Diffusors gerichtet wird. Dadurch, daß die Schmelze beispielsweise mit Preßluft in eine Mischkammer eingebracht wird und in die Mischkammer Wasser, Wasserdampf und/oder Luft-/Wassergemische eingedüst werden, entsteht eine rasch expandierende Dispersion von erstarrendem schmelzflüssigen Material, wobei der expandierende Gasstrom über einen Diffusor ausgestoßen wird. Der Gasstrom reißt hiebei die zu amorphem Schlackenglas erstarrten Partikel unter extremer Volumszunahme mit sich, wobei die thermische Energie in eine kinetische Energie umgewandelt wird, welche eine gerichtete Strömung des gebildeten granulierten Materials ermöglicht. Der Druck in der Mischkammer entspricht hiebei im wesentlichen den Strömungsverlusten des gebildeten, stark überhitzten Wasserdampfes. Die Schlackenwärme wird hauptsächlich in Strömungsenergie umgewandelt, und es werden die amorphen Schlackenglaspartikel mit der Strömung mitgerissen. Die hohe kinetische Energie wird nun in der Folge unmittelbar für die Zerkleinerung von zu großem Korn herangezogen werden, wofür das Verfahren so durchgeführt wird, daß der Austrittsstrahl des Diffusors gegen einen Austrittsstrahl eines weiteren Diffusors gerichtet wird. Durch die Kollision mit weiteren mit hoher kinetischen Energie ausströmenden Partikelströmen erfolgt eine Ausnutzung der kinetischen Energie zur Verringerung des Energieaufwandes für den Mahlvorgang, und es erfolgt somit eine wesentlich weitergehende Nutzung der in der Schmelze enthaltenen Wärme, als dies mit bekannten Verfahren der Fall war.
Aufgrund der raschen Volumszunahme und der daraus resultierenden Expansion in Richtung der Austrittsöffnung des Dampfdiffusors kann im Bereich der maximalen Strömungsgeschwindigkeit ein Unterdruck ausgebildet werden, sodaß an dieser Stelle die Dosierung von Additiven unter Ausnutzung einer Injektorwirkung ermöglicht wird. Mit Vorteil wird somit das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß zwischen Mischkammer und Diffusor über einen Injektor weiteres Mahlgut oder Additive eingebracht werden. Im Anschluß hieran durchströmt das heterogene Fluid, welches aus einem Gemisch von Wasserdampf und Feststoffpartikeln besteht, den Dampfdiffusor, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend reduziert wird, um ein unkontrolliertes Weiterexpandieren nach der Diffusormündung zu vermeiden, wird mit Vorteil das Verfahren so durchgeführt, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Dampfstrahles aus dem Diffusor kleiner als die Schallgeschwindigkeit eingestellt wird.
Der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildete Dampf besitzt ein gegenüber herkömmlichen Schlackengranuliereinrichtungen wesentlich höheres Temperaturniveau, und die Dampftemperatur kann in konventioneller Weise rückgewonnen werden. Mit Vorteil wird hiezu so vorgegangen, daß der gebildete Dampf abgezogen und über einen Wärmetauscher geführt wird, und daß das Kondensat der Mischkammer rückgeführt wird, sodaß auch das verwendete Wasser im Kreislauf geführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht im wesentlichen darin, daß eine Leitung für schmelzflüssige Schlacke mit einer Mischkammer verbunden ist, daß in die Mischkammer Leitungen für Wasser, Wasserdampf und/oder Wasser-/Luftgemische münden, daß an die Mischkammer ein Diffusor angeschlossen ist, und daß an die Austrittsöffnung Prallfächen oder weitere Austrittsöffnungen für beschleunigte Teilchen, deren Achse die Achse der Austrittsöffnung des Diffusors schneiden, angeordnet sind. Das gebildete Hochofenschlackegranulat kann mit einer derartigen Einrichtung nicht nur in der amorphen Glasphase erstarrt werden, sondern auch gleichzeitig unter Ausnutzung der aus der thermischen Energie durch Umwandlung entstandenen kinetischen Energie soweit zerkleinert werden, daß ein weiterer Mahlvorgang entfallen kann. Es wird somit unmittelbar die thermodynamische Energie der Schlackenschmelze auch für den Mahlvorgang nutzbar gemacht.
Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Einrichtung so weitergebildet, daß die Leitung für schmelzflüssige Schlacke über einen mit Preßluft beaufschlagbaren Düsenstock mit Ringdüsen in die Mischkammer mündet, wodurch eine bessere Dispersion in der Mischkammer, welche als Granulierverdampfer ausgebildet ist, erzielt werden kann. Die feine Dispersion, die durch die Beaufschlagung mit Preßluft erzielt wird, erlaubt es, wesentlich einfachere Einrichtungen für das Einbringen von Druckwasser bzw. Dampf vorzusehen, wobei der Wasserstrahl beispielsweise radial in die Mischkammer eingestoßen werden kann.
Mit Vorteil ist die Ausbildung so getroffen, daß zwischen Mischkammer und Diffusor eine Injektorkammer mit gegenüber der Austrittsöffnung des Diffusors geringerem wirksamen Querschnitt angeordnet ist, an welche eine Leitung für weiteres Mahlgut oder Additive angeschlossen ist, sodaß unter Ausnutzung der Injektorwirkung unmittelbar ein Ansaugen oder ein dosiertes Einbringen von Additiven oder weiterem Mahlgut in die erfindungsgemäße Einrichtung möglich wird.
Für die Rückgewinnung der fühlbaren und latenten Wärme des Dampfes und für die Führung des für die Granulation erforderlichen Wassers im Kreislauf ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß nach der Austrittsöffnung des Diffusors eine Dampfabsaugeinrichtung angeordnet ist, die Dampfabsaugleitung mit wenigstens einem Wärmetauscher verbunden ist, worauf das Kondensat über eine Pumpe der Mischkammer rückführbar ist.
Gerade die Möglichkeit, innerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung aufgrund der hohen kinetischen Energie einen Mahlvorgang mit der kinetischen Energie der Teilchen vorzunehmen, bietet den besonderen Vorteil, daß ggf. noch verbleibendes Überkorn im Kreislauf in die erfindungsgemäße Einrichtung zur weiteren Zerkleinerung rückgeführt wird. Zu diesem Zweck kann die bereits oben erwähnte Injektorwirkung in vorteilhafter Weise ausgnützt werden, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, daß dem Diffusor eine Sieb- oder Sichteinrichtung nachgeschaltet ist und daß der Siebüberlauf bzw. das Überkorn über eine Fördereinrichtung in die Injektionskammer rückführbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung ist mit 1 ein Schlackenschmelzgefäß bezeichnet, aus welchem eine Schlackenschmelze 2 über eine Abstichöffnung 3 abgezogen wird. Die Abstichöffnung 3 mündet über eine Ringdüse 4 in eine Mischkammer 5 der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Granulieren und Zerkleinern der Schlacke, welche insgesamt mit 6 bezeichnet ist. In der Ringdüse 4 wird über einen außenliegenden ringförmigen Kanal 7 Preßluft eingebracht, wodurch eine homogene Dispersion des Schlackenstrahles in der Mischkammer 5 erzielt wird. An die Mischkammer 5 münden weiters Leitungen 8 für Druckwasser. Das über die Leitungen 8 in die Mischkammer 5 eingestoßene Druckwasser expandiert mit hoher Geschwindigkeit und kann in Richtung des Pfeiles 9 ausströmen. Bei diesem Ausströmvorgang in Richtung des Pfeiles 9 wird den granulierten Teilchen Strömungsenergie mitgegeben, sodaß der Teilchenstrom mit dem Dampf die Austrittsöffnung 10 eines Dampfdiffusors 11 mit hoher Geschwindigkeit, und damit hoher kinetischer Energie der enthaltenen Teilchen verlassen kann. Auf dem Weg zwischen Mischkammer 5 und dem Dampfdiffusor 11 ist ein Bereich 12 mit verringertem Querschnitt vorgesehen, in welchem sich bei gleichzeitig maximaler Strömungsgeschwindigkeit ein Unterdruck ausbilden kann, sodaß über eine Leitung 13 weiteres Mahlgut oder Zuschlagstoffe bzw. Additive nach dem Injektorprinzip angesaugt werden können. Zur dosierten Einbringung von Zuschlagstoffen bzw. Zumahlstoffen ist ein Vorratsbehälter 14 vorgesehen, und es ist eine Dosierschnecke 15 im Zufuhrkanal zur Injektorkammer angeordnet.
Am Mündungsende 10 des Dampfdiffusors ist eine weitere Diffusormündung 16 eines weiteren Dampfdiffusors 17 schematisch angedeutet, an welche sich eine weitere, der Einrichtung 6 im wesentlichen gleiche Einrichtung anschließt. Die Achsen 18 und 19 der die Diffusoren 11 bzw. 17 verlassenden Partikelströme schneiden einander in einer schematisch mit 20 angedeuteten Granulatzerkleinerungssektion, wodurch eine intensive Umsetzung von kinetischer Energie als Mahlenergie erfolgt, wodurch die Partikel weiter zerkleinert werden. Dem gleichen Zweck dient auch die mit 21 bezeichnete Prallplatte, auf welche die Partikelströme ggf. durch Partikel aus der jeweils zweiten Einheit abgelenkt aufprallen und unter Ausnutzung des verbleibenden Restes an kinetischer Energie zerkleinert werden.
Das mit 22 bezeichnete Mahlgut kann nach erfolgter Siebung unmittelbar als Zement oder Zementzuschlagstoff eingesetzt werden, wobei ggf. noch vorhandenes Überkorn über die Leitung 13 in die Injektorkammer 12 rückgeführt werden kann.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material und Mahlgut (22), wobei die Schmelze in eine Mischkammer (5) eingebracht wird, in die Mischkammer (5) Wasser, Wasserdampf und/oder Luft-/Wassergemische eingedüst werden und das verdampfte Wasser gemeinsam mit der erstarrten Schlacke über einen Diffusor (11) ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze unter Druck in die Mischkammer eingebracht wird und der Austrittsstrahl des Diffusors (11) gegen einen Austrittsstrahl eines weiteren Diffusors (17) gerichtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mischkammer (5) und Diffusor über einen Injektor weiteres Mahlgut (22) oder Additive eingebracht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gebildete Dampf abgezogen und über einen Wärmetauscher geführt wird, und daß das Kondensat der Mischkammer (5) rückgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Dampfstrahlers aus dem Diffusor (11) kleiner als die Schallgeschwindigkeit eingestellt wird.
  5. Einrichtung zum Granulieren und Zerkleinern von Hochofenschlacke, Klinker od.dgl., bei welcher schmelzflüssige Schlacke mit Wasser unter Ausbildung einer Glasphase abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (13) für schmelzflüssige Schlacke mit einer Mischkammer (6) verbunden ist, daß in die Mischkammer (6) Leitungen für Wasser (8), Wasserdampt und/oder Wasser-/Luftgemische münden, daß an die Mischkammer (6) ein Diffusor (11) angeschlossen ist, und daß die Achse (18) der Austrittsöffnung (10) des Diffusors (11) auf eine Prallfäche (21) weist und sich mit der Austrittsöffnung (16) mindestens eines weiteren Diffusors (17) schneidet.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (3) für schmelzflüssige Schlacke (2) über einen mit Preßluft beaufschlagbaren Düsenstock mit Ringdüsen (4) in die Mischkammer mündet.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mischkammer (5) und Diffusor (11) eine Injektorkammer (12) mit gegenüber der Austrittsöffnung (10) des Diffusors (11) geringerem wirksamen Querschnitt angeordnet ist, an welche eine Leitung (13) für weiteres Mahlgut oder Additive angeschlossen ist.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Austrittsöffnung (10) des Diffusors (11) eine Dampfabsaugeinrichtung angeordnet ist, die Dampfabsaugleitung mit wenigstens einem Wärmetauscher verbunden ist, worauf das Kondensat über eine Pumpe der Mischkammer (5) rückführbar ist.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Diffusor (11) eine Sieb- oder Sichteinrichtung nachgeschaltet ist und daß der Siebüberlauf bzw. das Überkorn über eine Fördereinrichtung in die Injektionskammer (12) rückführbar ist.
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