EP0963447A1 - Verfahren zum granulieren und zerkleinern von schmelzflüssigem material sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zum granulieren und zerkleinern von schmelzflüssigem material sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens

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EP0963447A1
EP0963447A1 EP98949810A EP98949810A EP0963447A1 EP 0963447 A1 EP0963447 A1 EP 0963447A1 EP 98949810 A EP98949810 A EP 98949810A EP 98949810 A EP98949810 A EP 98949810A EP 0963447 A1 EP0963447 A1 EP 0963447A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
slag
pressure
nozzles
distributor
steam
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98949810A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Edlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holcim Ltd
Original Assignee
Holderbank Financiere Glarus AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Holderbank Financiere Glarus AG filed Critical Holderbank Financiere Glarus AG
Publication of EP0963447A1 publication Critical patent/EP0963447A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C21B3/06—Treatment of liquid slag
    • C21B3/08—Cooling slag
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    • C21B2400/022—Methods of cooling or quenching molten slag
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a process for granulating and comminuting molten material, in which pressurized water is applied to the slag melt and is discharged together with at least part of the steam formed, and to an apparatus for carrying out this process.
  • Metallurgical slags of suitable chemical composition are often granulated, that is, quenched with water from the melt flow with the aim of largely preventing crystallization by rapid solidification and instead achieving an amorphous, glassy structure of the granules.
  • Such granules are a valuable raw material for the production of hydraulic binders.
  • the production of these binders requires drying and fine grinding of the granules as a further step and thus two further energy-intensive processes.
  • AT-PS 400 140 has already described a process for granulating and comminuting molten material and regrind as well as a device for carrying out this process, in which the melt is introduced into a mixing chamber under pressure and pressurized water, steam or water is introduced into the mixing chamber. Steam mixtures are injected. Due to the rapid expansion, a pressure was built up in this known method, which leads to a rapid ejection of the solidified particles via a diffuser. The kinetic energy of the rapidly ejected particles could be used for comminution in this device, wherein the exit jet of the diffuser could be directed against a baffle plate or an exit jet of another diffuser.
  • the invention now aims to further develop a method of the type mentioned at the outset such that the use of the heat of slag melting in comminution work or surface enlargement work is further improved and the energy consumption is reduced and at the same time a possibility is created to substantially suppress H2S degassing .
  • the method according to the invention essentially consists in that the liquid slag is introduced into a granulation chamber in a free-flowing jet, that pressurized water jets are directed against the slag jet, whereupon the solidified and granulated slag together with at least part of the vapor formed via a pneumatic conveying line and a distributor is guided and the partial streams leaving the distributor are brought via conically tapering nozzles into a grinding chamber with a lower pressure than the granulation chamber, from which the shredded and solidified material is drawn off.
  • pressurized water is directed against the slag jet creates the prerequisite that the hydrogen sulfide formed is trapped in the slag which solidifies under pressure, so that only significantly smaller amounts of residual H2S are observed in the concentrated exhaust steam stream and an intensive and rapid cooling is achieved, with further comminution, for example in a fluidized bed counter-jet cooler or in the fluidized bed, being made possible directly via a connected line and a corresponding distribution.
  • the process is carried out in such a way that the solidified and granulated slag is passed together with the steam formed via a distributor.
  • the granulated slag stream is divided into further partial streams in the distributor, the partial streams being able to be introduced directly into a grinding chamber via conically tapering nozzles, in which a further comminution and a further grinding process take place in the fluidized bed.
  • a conventional fluidized bed counter-jet mill can be used here, with a rapid decrease in pressure here due to the condensation of water from the steam stream and in particular in the event that water is injected into the grinding chamber for cooling, thereby accelerating the condensation after leaving the grinding chamber. with which even a subatmospheric pressure can be reached, so that grinding work can be carried out by mechanical acceleration and use of the condensation enthalpy.
  • the effect of the inclusion of H2S in glass-like solidifying slag can be further improved by the fact that the granulation is carried out in a pressure-tightly closable container, as is the case with a preferred method.
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the liquid slag is placed in a tiltable and / or slag pan formed with a floor scraper in the pressure-tightly closable container and that the slag jet is formed by tilting the slag pan or opening the bottom slide.
  • the flameproof sealable container offers the essential prerequisite for effectively suppressing H2S degassing, whereby a tiltable slag pan allows a slag jet to be formed in a simple manner, against which pressurized water for rapid achievement of an amorphous product, which in the glass phase, i.e. solidified in a metastable phase, can be directed.
  • the process according to the invention is carried out with particular advantage in such a way that part of the steam formed is via steam nozzles is introduced into the grinding chamber. If the amount of steam formed in the slag pan exceeds the absorption capacity of the nozzles provided for introducing the granulated slag into the grinding chamber, the excess steam can also be used energetically for the grinding process.
  • the undesired H2S degassing is effectively suppressed if, as is the case for a preferred implementation of the method according to the invention, the pressure in the pressure-resistant container is selected at 2 to 15 bar.
  • the process can be carried out with relatively small amounts of water, so that superheated steam is produced.
  • the high heat of slag serves to overheat the intermediate saturated steam, which prevents the formation of a liquid water phase.
  • the addition of water can be limited to about 0.8 t water / t slag, with further pressures of 10 bar at temperatures of 450 ° C. and a specific amount of steam of about 900 Nm ⁇ / t slag.
  • the removal of excess hydrogen sulfide, which should or can no longer be circulated, from the amount of steam leaving the process can subsequently be carried out in a conventional manner, for example using the Claus process, by oxidizing hydrogen sulfide to elemental sulfur and water.
  • the compliance with special parameters for the flow velocity of the material flow leaving the pressure-resistant container is of particular importance.
  • the procedure according to the invention is such that the flow rate of the material flow leaving the pressure-proof space via the distributor is selected to be 10 to 30 m / s, thereby ensuring that wear in the discharge lines remains manageable over a long period of time and at the same time precompacting of the fluidized particle stream is made possible by appropriate shaping of the line.
  • the system is advantageously dimensioned such that the nozzle outlet speed in the grinding chamber is selected at 150 to 500 m / s, the grinding effect being able to be improved even further by the pressure in the grinding chamber in the Connection to the nozzle orifices to values below 1 bar, in particular 0.3 to 0.5 bar, is relaxed.
  • Such a relaxation of the pressure in the grinding chamber to values below 1 bar is particularly easy when cold water is injected into the grinding chamber in an amount at which the dew point has not yet been reached, with cooling leading to rapid condensation of the steam outside of the grinding chamber and thus a rapid reduction in pressure with simultaneous release of the enthalpy of conversion of steam into condensed water.
  • the process is advantageously carried out in such a way that the granulate flow rate and the granulate flow density in lines which follow the distributor and lead to the nozzles and differ from one another by a maximum of 8%, preferably a maximum of 5 %, may be chosen to be different.
  • a plurality of lines can be connected to the distributor, each of which leads to different nozzles, the wear of which like nozzles can be significantly reduced if ceramic and in particular silicon carbide is selected as the material.
  • the inner wall of the lines or the nozzles can be further protected against premature wear by appropriate coating and in particular by ceramic coatings.
  • the device according to the invention for carrying out the method according to the invention is advantageously designed such that the granulation chamber for the liquid slag is connected to the distributor via a curved, in particular S-shaped, curved line, the distributor being designed as a fork which is mirror-symmetrical to the plane of curvature of the curved line is designed as a mirror plane.
  • a curved line leads to a pre-compacting of the fluidized material in the areas of the change in direction of the particle flow, with caking with certainty being avoided with regard to the flow rate that is preferred.
  • a plurality of such curvatures leads to a compact, homogeneous material flow which can be divided into partial flows in a simple manner.
  • the design is such that at least two substream lines of essentially the same internal cross-section are connected to the nozzles in the grinding chamber, the axes of the nozzle orifices advantageously being directed towards a common point in order to achieve an optimal grinding effect.
  • the design is particularly advantageous so that steam nozzles open into the grinding chamber, which are connected to the container via lines, with which part of the steam can be introduced directly into the grinding chamber from the pressure-tightly closable container.
  • the design is advantageously made in such a way that the cone angle of the nozzles is chosen between 5 ° and 30 °, the division of the flow into the partial flows being able to be implemented in a particularly simple manner without great design difficulties if, as is the case preferred development corresponds, the partial flow lines are connected to a curved part of the line connected to the pressure-tight sealable container.
  • the partial flow lines thus connect to a region of the lines in which a further change in flow direction takes place, so that a simple division into the partial flows takes place.
  • the small cone angle and the resulting length of the nozzle ensure that the acceleration of the steam speed also accelerates the particle flow to a high degree.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the overall system
  • FIG. 2 shows an enlarged representation of the closed grinding chamber
  • FIG. 3 shows a modified embodiment in the representation according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows an enlarged sectional representation through the nozzles for the pressure water supply.
  • a pressure-tightly closable container 1 shows a pressure-tightly closable container 1, in which a slag pan 2 is arranged to be pivotable about an axis 3 in the direction of the double arrow 4.
  • the lid 6 of the pressure-tightly closable container 1 can be closed, whereupon after the slag pan 2 has tilted a slag jet 7 can be formed about the axis 3.
  • the slag atomization is carried out by pressurizing this slag jet 7 with pressurized water, the corresponding ring nozzles being indicated by 8 and the ring line for the pressurized water by 9.
  • the illustration is only schematic, it being possible for the nozzle planes to be arranged radially around the slag jet 7. However, these nozzles can equally well be offset in the axial direction and / or arranged at an angle to the slag jet, it being possible to choose conventional nozzle shapes.
  • the water pressure of the pressurized water advantageously being chosen between 40 and 60 bar in order to achieve a sufficient reduction to a diameter of ⁇ 0.6 mm. In this way, crushing to a particle diameter of up to 300 ⁇ m can be achieved.
  • the fluidized jet leaves the container which can be closed in a pressure-tight manner via an S-shaped curved line 10, a compacting being used in the area of the curvatures 11 and 12, which can point in different directions.
  • the fact that the flow speed is set here at approximately 15 m / s ensures a homogeneous flow without mechanical overloading of the tube walls.
  • the particle stream subsequently arrives at a distributor 13, in which the granulate is divided, the partial streams being conducted via lines 14 and 15 into a closed fluidized bed jet mill 16.
  • the partial flows emerge via conically tapering nozzles 17, as a result of which an intensive swirling in the grinding chamber and a corresponding grinding effect is achieved.
  • the essentially closed fluidized bed jet mill can be acted upon with water, the dew point not falling below, so that outside the grinding chamber a faster condensation and a rapid pressure reduction with further use of kinetic energy and rapid use the enthalpy of conversion of the Steam succeeds.
  • the fine material is discharged via a classifier, the classifying wheel of which is designated 19.
  • the fine material passes through line 20 to a separator 21, from which the ground material can be discharged via a lock, in particular cellular wheel lock 22, and line 23.
  • the steam is subsequently condensed, and the water formed can be returned to the ring line 9 via a pump 24.
  • An exhaust gas which may also contain H2S, can be drawn off from the gas space of the condenser 25.
  • gases are fed via line 26 to a Claus plant 27, in which H2S is converted with oxygen to H2O and sulfur. As a result, normal gas cleaning can be carried out.
  • the fluidized bed jet mill 16 can be given further materials to be comminuted, such as clinker, but with regard to the pressure level, the further regrind can only be introduced here via the filler neck 28 using a lock, for example a cellular wheel lock 29. With regard to the negative pressure in the fluidized bed jet mill 16, however, a suction effect can also be used.
  • the lines for the partial particle flows which are designated by 14 and 15, end in the interior of the fluidized bed jet mill 16 in a grinding chamber, the center of the grinding chamber or the grinding point being designated by 30.
  • the axes 31 of the nozzles 17 are directed towards this center of the grinding chamber, the conicity of the nozzles being chosen such that the angle ⁇ is chosen between 5 ° and 30 °.
  • a further acceleration to speeds of at least 150 to 300 m / s thus takes place in the area of the nozzles.
  • the fine material is again discharged via the classifying wheel 19 and the hollow shaft 32, which opens into the line 20.
  • filling levels of up to 600 kg water vapor / t slag, temperatures of approximately 450 ° C. and steam pressures of the order of magnitude of approximately 10 bar can thus be set within the device according to the invention, this pressure in the mill being down to 0 , 3 bar can drop due to steam condensation.
  • the selected nozzle shape allows the steam jet and the slag particle jet to be accelerated, the low taper being required to ensure that the speed difference between the slag particles and the speed of the steam jet remains small.
  • the acceleration should therefore primarily be limited to the slag particles and not only to the steam jet, which is achieved by choosing the angle ⁇ , as defined above, to be correspondingly small.
  • the wear properties can be improved by coating the nozzles, for example with silicon carbide.
  • steam finenesses of up to 6500 Blaine can be achieved.
  • the fineness of grinding can also be increased by further measures, as can be seen, for example, in FIG. 3.
  • additional steam nozzles 33 are provided, via which additional steam can be expanded into the grinding chamber.
  • a two-substance nozzle is indicated schematically via line 34, via which additional steam and / or additional ground material can be introduced into the nozzles 31.
  • the introduction takes place correspondingly symmetrically in order to provide the maximum of the kinetic energy at the grinding point.
  • the slot nozzle has an annular channel for the feed of pressurized water, which in turn is designated 9 in accordance with the illustration of FIG. 1.
  • the pressurized water flows out through the slit 35 and strikes the free-flowing liquid slag stream 7, thereby ensuring intensive and rapid glass-like solidification.
  • the granulation chamber is thus formed in the immediate inlet area of the pressurized water and is geometrically delimited by the wall 36 of the nozzle assembly 37.
  • the granulate emerges in the direction of the arrows 38 as a microgranular stream with an average diameter between 300 ⁇ m and 0.5 mm.
  • the cone angle of the slot nozzles ⁇ should be a maximum of 90 ° in order to ensure a corresponding pressure effect on the solidifying particles, thereby favoring the inclusion of H2S.
  • Several such atomizing nozzles can be arranged sequentially in the nozzle assembly 37, as a result of which the granulation fineness can be increased accordingly.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material wird die Schlackenschmelze mit Druckwasser beaufschlagt und gemeinsam mit dem gebildeten Dampf ausgetragen. Die flüssige Schlacke wird in frei fliessendem Strahl in eine Granulationskammer eingebracht, wobei gegen den Schlackenstrahl Druckwasserstrahlen gerichtet werden, worauf die erstarrte und granulierte Schlacke gemeinsam mit dem gebildeten Dampf über eine pneumatische Förderleitung und einen Verteiler geführt wird. Die den Verteiler verlassenden Teilströme werden über sich konisch verjüngende Düsen in einen Mahlraum mit gegenüber dem Granulationsraum geringeren Druck verbracht, aus welchem das zerkleinerte und erstarrte Material abgezogen wird.

Description

Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material, bei welchem die Schlackenschmelze mit Druckwasser beaufschlagt und gemeinsam mit zumindest einem Teil des gebildeten Dampfes ausgetragen wird sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .
Metallurgische Schlacken geeigneter chemischer Zusammensetzung werden vielfach granuliert, das heißt aus dem Schmelzfluß heraus mit Wasser abgeschreckt mit dem Ziel, durch schnelle Erstarrung eine Kristallisation weitgehend zu verhindern und stattdessen eine amorphe, glasige Struktur der Granalien zu erzielen. Ein solches Granulat ist ein wertvoller Rohstoff zur Herstellung hydraulischer Bindemittel. Die Herstellung dieser Bindemittel erfordert als weitere Schritte die Trocknung und Feinmahlung des Granulates und damit zwei weitere energieauf- wendige Prozesse.
In der AT-PS 400 140 wurde bereits ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material und Mahlgut sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben, bei welchem die Schmelze in eine Mischkammer unter Druck eingebracht wird und in die Mischkammer Druckwasser- Dampf oder Wasser-Dampf-Gemische eingedüst werden. Durch die rasche Expansion wurde bei diesem bekannten Verfahren ein Druck aufgebaut, der über einen Diffusor zu einem raschen Aus- stoß der erstarrten Partikel führt. Die kinetische Energie der rasch ausgestoßenen Teilchen konnte bei dieser Einrichtung zur Zerkleinerung genützt werden, wobei der Austrittsstrahl des Diffusors gegen eine Prallplatte oder einen Austrittsstrahl eines weiteren Diffusors gerichtet werden konnte. Gegenüber konventioneller Granulation von schmelzflüssiger Hochofen¬ schlacke mit Wasser erlaubt eine derartige Verfahrensweise ei¬ ne bessere thermodynamische und technische Nutzung der Schlackenschmelzwärme. Bei einem Abkühlen im Wasser kann die entstehende Niedertemperaturwärme nur ungenügend genutzt werden. Analoges gilt für die bekannte Abkühlung von schmelzflüssigen Stahlschlacken durch Abgabe der Wärme durch Strahlung oder Konvektion. Die Verwendung von Druckwasser zum Beaufschlagen von Schlackenschmelzen unter gleichzeitiger Nutzung der auf diese Weise gewonnenen kinetischen Energie zur Zerkleinerung hat hier bereits eine wesentliche Verbesserung gebracht .
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Nutzung der Schlackenschmelzwärme in Zerkleinerungsarbeit bzw. Oberflächenvergrößerungsarbeit weiter verbessert und der Energiever- brauch gesenkt wird und gleichzeitig eine Möglichkeit geschaffen wird, eine H2S-Entgasung im wesentlichen zu unterdrücken. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß die flüssige Schlacke in frei fließendem Strahl in eine Granulationskammer eingebracht wird, daß gegen den Schlackenstrahl Druckwasserstrahlen gerichtet werden, worauf die erstarrte und granulierte Schlacke gemeinsam mit zumindest einem Teil des gebildeten Dampfes über eine pneumatische Förderleitung und einen Verteiler geführt wird und die den Verteiler verlassenden Teilströme über sich konisch verjüngende Düsen in einen Mahlraum mit gegenüber dem Granulationsraum geringeren Druck verbracht werden, aus welchem das zerkleinerte und erstarrte Material abgezogen wird. Dadurch, daß Druckwasser gegen den Schlackenstrahl gerichtet wird, wird die Voraussetzung ge- schaffen, daß entstehender Schwefelwasserstoff in der unter' Druck verfestigenden Schlacke eingeschlossen wird, sodaß nur wesentlich geringere Rest-H2S-Mengen im konzentrierten Abdampfstrom beobachtet werden und es wird eine intensive und rasche Abkühlung erzielt, wobei unmittelbar über eine ange- schlossene Leitung und eine entsprechende Verteilung eine weitere Zerkleinerung beispielsweise in einer Fließbettgegen- strahl ühle bzw. in der Wirbelschicht ermöglicht wird. Zu die- sem Zweck ist erfindungsgemäß das Verfahren so geführt, daß die erstarrte und granulierte Schlacke gemeinsam mit dem gebildeten Dampf über einen Verteiler geführt wird. Der granulierte Schlackenstrom wird im Verteiler auf weitere Teilströme aufgeteilt, wobei die Teilströme über sich konisch verjüngende Düsen unmittelbar in einen Mahlraum eingebracht werden können, in welchem in der Wirbelschicht eine weitere Zerkleinerung und ein weiterer Mahlvorgang erfolgt. Es kann hier eine konventionelle Fließbettgegenstrahlmühle eingesetzt werden, wobei durch Kondensation von Wasser aus dem Dampfstrom und insbesondere für den Fall, daß in den Mahlraum Wasser zur Kühlung eingedüst wird, wodurch die Kondensation nach dem Verlassen des Mahlraumes beschleunigt wird, hier eine rasche Druckabsenkung erfolgt, mit welcher sogar ein unteratmosphärischer Druck er- reichbar wird, sodaß durch mechanische Beschleunigung und Nutzung der Kondensationsenthalpie Mahlarbeit geleistet werden kann. Der Effekt des Einschlusses von H2S in glasartig erstarrender Schlacke kann noch dadurch verbessert werden, daß, wie es einer bevorzugten Verfahrensführung entspricht, die Granu- lation in einem druckfest verschließbaren Behälter vorgenommen wird.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß die flüssige Schlacke in eine kippbare und/oder mit einem Bodenschreber ausgebildete Schlackenpfanne im druckfest verschließbaren Behälter verbracht wird und daß der Schlackenstrahl durch Kippen der Schlackenpfanne oder Öffnen des Bodenschiebers ausgebildet wird. Der druckfest verschließbare Behälter bietet hiebei die wesentliche Voraussetzung, um eine H2S-Entgasung wirkungsvoll zu unterdrücken, wobei eine .kippbare Schlackenpfanne in einfacher Weise einen Schlackenstrahl auszubilden erlaubt, gegen welchen Druckwasser zur raschen Erzielung eines amorphen Produktes, welches in der Glasphase, d.h. einer metastabilen Phase erstarrt, gerichtet werden kann.
Mit besonderem Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so geführt, daß ein Teil des gebildeten Dampfes über Dampfdüsen in den Mahlraum eingebracht wird. Es kann damit, wenn die Menge des in der Schlackenpfanne gebildeten Dampfes die Aufnahmekapazität der für das Einbringen der granulierten Schlacke in den Mahlraum vorgesehenen Düsen übersteigt, auch der über- schüssige Dampf energetisch für den Mahlvorgang genutzt werden .
Eine wirkungsvolle Unterdrückung der unerwünschten H2S-Entgasung gelingt, wenn, wie es einer bevorzugten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, der Druck im druckfesten Behälter mit 2 bis 15 bar gewählt wird. Das Verfahren kann mit relativ geringen Wassermengen durchgeführt werden, sodaß überhitzter Dampf entsteht. Die hohe Schlackenwärme dient der Überhitzung des intermediär gebildeten Sattdampfes, wodurch es nicht zur Ausbildung einer flüssigen Wasserphase kommt. Die Zugabe von Wasser kann sich dabei auf etwa 0,8 t Wasser/t Schlacke beschränken, wobei sich ohne weiteres Drücke von 10 bar bei Temperaturen von 450°C und einer spezifischen Dampfmenge von etwa 900 Nm^/t Schlacke ergeben.
Um den Abgasreinigungsaufwand weiter zu verringern wird mit Vorteil so vorgegangen, daß der gemeinsam mit dem Mahlgut aus dem Mahlraum abgezogene Dampf nach Abtrennung des Feingutes kondensiert wird und dem druckfest verschließbaren Behälter über einen Kompressor als Druckwasser rückgeführt wird, wodurch der verbleibende Schwefelwasserstoff im Kreislauf geführt werden kann.
Die Abtrennung von überschüssigem Schwefelwasserstoff, welcher nicht mehr im Kreislauf gefahren werden soll oder kann, aus der den Prozeß verlassenden Dampfmenge kann in der Folge in konventioneller Weise beispielsweise unter Verwendung des Claus-Verfahrens durch Oxidation von Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel und Wasser erfolgen.
Um sicherzustellen, daß der mit Druckwasser beaufschlagte granulierte Partikelstrom wirkungsvoll unmittelbar in eine Gegen- strommühle eingebracht werden kann, ist die Einhaltung besonderer Parameter für die Strömungsgeschwindigkeit des den druckfesten Behälters verlassenden Materialstromes von besonderer Bedeutung. Mit Vorteil wird erfindungsgemäß so vorge- gangen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des den druckfesten Raum über den Verteiler verlassenden Materialstromes mit 10 bis 30 m/s gewählt wird, wodurch sichergestellt wird, daß in den abführenden Leitungen der Verschleiß über einen langen Zeitraum beherrschbar bleibt und gleichzeitig durch ent- sprechende Formgebung der Leitung eine Vorkompaktierung des fluidisierten Teilchenstromes ermöglicht wird.
Für einen besonders hohen Mahleffekt in einer nachfolgenden Fließbettgegenstrahlmühle wird mit Vorteil die Anlage so di- mensioniert, daß die Düsenaustrittsgeschwindigkeit im Mahlraum mit 150 bis 500 m/s gewählt wird, wobei der Mahleffekt dadurch noch weiter verbessert werden kann, daß der Druck im Mahlraum im Anschluß an die Düsenmündungen auf Werte unter 1 bar, insbesondere 0,3 bis 0,5 bar, entspannt wird. Eine derartige Entspannung des Druckes im Mahlraum auf Werte unter 1 bar gelingt insbesondere dann besonders einfach, wenn in den Mahl- rau Kaltwasser in einer Menge eingedüst wird, bei welcher der Taupunkt noch nicht erreicht wird, wobei durch die Abkühlung eine rasche Kondensation des Dampfes außerhalb des Mahlraumes und damit eine rasche Druckverringerung unter gleichzeitiger Freisetzung der Umwandlungsenthalpie von Dampf in kondensiertes Wasser gelingt.
Um sicherzustellen, daß der Mahlraum für einen effizienten Mahlvorgang korrekt beschickt wird, wird das Verfahren mit Vorteil so durchgeführt, daß die Granulatstromgeschwindigkeit und die Granulatstromdichte in an den Verteiler anschließenden, zu den Düsen führenden, voneinander verschiedenen Leitungen um maximal 8 %, vorzugsweise maximal 5 %, voneinander ab- weichend gewählt werden. An den Verteiler kann eine Mehrzahl von Leitungen angeschlossen werden, welche jeweils zu voneinander verschiedenen Düsen führen, wobei der Verschleiß der- artiger Düsen dann wesentlich verringert werden kann, wenn als Werkstoff Keramik und insbesondere Siliziumkarbid gewählt wird. Die Innenwand der Leitungen bzw. der Düsen kann durch entsprechende Beschichtung und insbesondere durch keramische Beschichtungen gegen vorzeitigen Verschleiß weiter geschützt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren ist mit Vorteil so ausgebildet, daß die Granulationskammer für die flüssige Schlacke über eine gekrümmte, insbesondere S-förmig gekrümmte Leitung mit dem Verteiler verbunden ist, wobei der Verteiler als Gabelung ausgebildet ist, welcher spiegelsymmetrisch zur Krümmungsebene der gekrümmten Leitung als Spiegelebene ausgebildet ist. Eine der- artige gekrümmte Leitung führt in den Bereichen des Richtungsänderung des Partikelstromes zu einem Vorkompaktieren des fluidisierten Materiales, wobei mit Rücksicht auf die bevorzugt gewählten Strömungsgeschwindigkeit ein Zusammenbacken mit Sicherheit vermieden wird. Eine Mehrzahl von derartigen Krüm- mungen führt zu einem kompakten homogenen Materialstrom, welcher sich in einfacher Weise in Teilströme aufteilen läßt. Mit Vorteil ist die Ausbildung hiebei so getroffen, daß an den Verteiler wenigstens zwei im wesentlichen gleichen lichten Querschnitt aufweisende Teilstromleitungen zu den Düsen im Mahlraum angeschlossen sind, wobei zur Erzielung eines optimalen Mahleffektes mit Vorteil die Achsen der Düsenmündungen auf einen gemeinsamen Punkt gerichtet sind.
Die Ausbildung ist mit besonderem Vorteil so getroffen, daß in den Mahlraum Dampfdüsen münden, welche mit dem Behälter über Leitungen verbunden sind, womit ein Teil des Dampfes direkt von dem druckfest verschließbaren Behälter in den Mahlraum eingebracht werden kann.
Um die geforderten Austrittsgeschwindigkeiten zur Erzielung eines hohen Mahleffektes zu gewährleisten und weiters sicherzustellen, daß die Düsen eine vertretbare Standzeit aufweisen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß der Konuswinkel der Düsen zwischen 5° und 30° gewählt ist, wobei sich die Aufteilung des Stromes in die Teilströme in besonders einfacher Weise dann ohne große konstruktive Schwierigkeiten rea- lisieren läßt, wenn, wie es einer bevorzugten Weiterbildung entspricht, die Teilstromleitungen an einen gekrümmt verlaufenden Teil der mit dem druckfest verschließbaren Behälter verbundenen Leitung angeschlossen sind. Die Teilstromleitungen schließen somit an einen Bereich der Leitungen an, in welchem eine weitere Strömungsrichtungsänderung erfolgt, sodaß eine einfache Aufteilung in die Teilströme erfolgt. Der geringe Konuswinkel und die resultierende Länge der Düse stellen hiebei sicher, daß mit der Beschleunigung der Dampfgeschwindigkeit auch der Partikelstrom in hohem Maße beschleunigt wird.
Gegenüber dem Betrieb von Gegenstrahlmühlen mit Preßluft lassen sich durch Einsatz von Dampf als Treibmedium höhere Aus- trittsgeschwindigkeiten und damit ein verbesserter Mahleffekt erzielen. Zusätzlich kann über weitere Düsen oder unter Ver- wendung von Mehrstoffdüsen weiterer Dampf und/oder weiteres Mahlgut eingestossen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu- tert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtanlage, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des geschlossen ausgebildeten Mahlraumes, Fig. 3 eine abgewandelte Ausführung in der Darstellung nach Fig. 2 und Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die Düsen für die Druck- wasserzufuhr.
In Fig. 1 ist ein druckfest verschließbarer Behälter 1 dargestellt, in welchem eine Schlackenpfanne 2 um eine Achse 3 in Richtung des Doppelpfeiles 4 schwenkbar angeordnet ist. Nach dem Einbringen von Schlacke 5 in die Schlackenpfanne 2 kann der Deckel 6 des druckfest verschließbaren Behälters 1 verschlossen werden, worauf nach dem Kippen der Schlackenpfanne 2 um die Achse 3 ein Schlackenstrahl 7 ausgebildet werden kann. Die Schlackenzerstäubung erfolgt durch Beaufschlagung dieses Schlackenstrahles 7 mittels Druckwasser, wobei die entsprechenden Ringdüsen mit 8 und die Ringleitung für das Druckwasser mit 9 angedeutet ist. Die Darstellung ist lediglich schema- tisch, wobei die Düsenebenen um den Schlackenstrahl 7 herum radial angeordnet sein können. Ebensogut können diese Düsen aber auch in axialer Richtung versetzt und/oder zum Schlackenstrahl geneigt angeordnet sein, wobei konventionelle Düsenfor- men gewählt werden können.
Im Anschluß an das Beaufschlagen des Schlackenstrahles 7 mit Druckwasser über die Düsen 8 erfolgt eine rasche Erstarrung, wobei zur Erzielung einer hinreichenden Verkleinerung auf Durchmesser < 0,6 mm der Wasserdruck des Druckwassers mit Vorteil zwischen 40 und 60 bar gewählt wird. Auf diese Weise lassen sich Zerkleinerungen auf einen Partikeldurchmesser von bis zu 300 μm erzielen. Der fluidisierte Strahl verläßt den druckfest verschließbaren Behälter über eine S-förmig gekrümmte Leitung 10, wobei im Bereich der Krümmungen 11 bzw. 12, welche in verschiedene Richtungen weisen können, eine Kompaktierung einsetzt. Dadurch, daß die Strömungsgeschwindigkeit hier mit etwa 15 m/s eingestellt wird, wird ein homogener Strom ohne mechanische Überbelastung der Rohrwandungen sichergestellt. Der Partikelstrom gelangt in der Folge zu einem Verteiler 13, in welchem das Granulat aufgeteilt wird, wobei die Teilströme über die Leitungen 14 und 15 in eine geschlossene Wirbelschichtstrahlmühle 16 geleitet werden. Die Teilströme treten hiebei über sich konisch verjüngende Düsen 17 aus, wodurch ei- ne intensive Verwirbelung im Mahlraum und ein entsprechender Mahleffekt erzielt wird. Die im wesentlichen geschlossen ausgebildete Wirbelschichtstrahlmühle kann, wie durch die strich- lierte Leitung 18 angedeutet, mit Wasser beaufschlagt werden, wobei der Taupunkt nicht unterschritten werden darf, sodaß außerhalb des Mahlraumes eine raschere Kondensation und eine rasche Druckabsenkung unter weiterer Nutzung kinetischer Energie und rascher Nutzung der Umwandlungsenthalpie des Dampfes gelingt. Das Feingut wird über einen Sichter ausgetragen, dessen Sichterrad mit 19 bezeichnet ist. Gemeinsam mit Dampf gelangt das Feingut über die Leitung 20 zu einem Abscheider 21, aus welchem das Mahlgut über eine Schleuse, ins- besondere Zellradschleuse 22, und die Leitung 23 ausgetragen werden kann. Der Dampf wird in der Folge kondensiert, wobei das gebildete Wasser über eine Pumpe 24 in die Ringleitung 9 rückgeführt werden kann. Aus dem Gasraum des Kondensators 25 kann ein Abgas abgezogen werden, welches noch H2S enthalten kann. Diese Gase werden über die Leitung 26 einer Claus-Anlage 27 zugeführt, in welcher H2S mit Sauerstoff zu H2O und Schwefel umgesetzt wird. In der Folge kann eine übliche Gasreinigung vorgenommen werden.
Der Wirbelschichtstrahlmühle 16 können weitere zu zerkleinernde Materialien, wie beispielsweise Klinker aufgegeben werden, wobei allerdings mit Rücksicht auf das Druckniveau hier über den Einfüllstutzen 28 das weitere Mahlgut nur unter Verwendung einer Schleuse, beispielsweise einer Zellradschleuse 29, eingetragen werden kann. Mit Rücksicht auf den Unterdruck in der Wirbelschichtstrahlmühle 16 kann aber auch ein Ansaugeffekt ausgenützt werden.
Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist die Ausbildung der Düsen zur Erzielung eines Mahlstrahles näher ersichtlich. Die Leitungen für die Partikelteilströme, welche mit 14 und 15 bezeichnet sind, enden im Inneren der Wirbelschichtstrahlmühle 16 in einem Mahlraum, wobei das Zentrum des Mahlraumes bzw. der Mahlpunkt mit 30 bezeichnet ist. Auf dieses Zentrum des Mahlraumes sind die Achsen 31 der Düsen 17 gerichtet, wobei die Konizität der Düsen so gewählt ist, daß der Winkel α zwischen 5° und 30° gewählt wird. Im Bereich der Düsen erfolgt somit eine weitere Beschleunigung auf Geschwindigkeiten von wenigstens 150 bis 300 m/s. Durch die durch Kondensation er- folgende Druckabsenkung wird somit auch ein hohes Maß an kinetischer Energie für die Zerkleinerungsarbeit wirksam. Der Austrag des Feingutes erfolgt wiederum über das Sichterrad 19 und über die Hohlwelle 32, welche in die Leitung 20 mündet.
Durch Variation nur weniger Parameter lassen sich somit im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung Füllgrade bis zu 600 kg Wasserdampf/t Schlacke, Temperaturen von etwa 450°C und Dampfdrucke in der Größenordnung von etwa 10 bar einstellen, wobei dieser Druck in der Mühle auf bis zu 0,3 bar durch Dampfkondensation absinken kann. Die gewählte Düsenform erlaubt es den Dampfstrahl und den Schlackenpartikelstrahl zu beschleunigen, wobei die geringe Konizität gefordert wird, um sicherzustellen, daß die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Schlackenpartikeln und der Geschwindigkeit des DampfStrahles gering bleibt. Die Be- schleunigung soll sich somit in erster Linie auch auf die Schlackenpartikel und nicht nur auf den Dampfstrahl beschränken, was dadurch gelingt, daß der Winkel α, wie oben definiert, entsprechend klein gewählt wird. Eine Verbesserung der Veschleißeigenschaften kann durch Beschichtung der Düsen, beispielsweise mit Siliziumkarbid, erfolgen.
Bei einer angenommenen Enthalpie-Differenz ΔH = 800 kJ/kg
Dampf lassen sich erfindungsgemäß Mahlfeinheiten von bis zu 6500 Blaine (cm^/g) erreichen. Die Mahlfeinheit läßt sich aber auch durch weitere Maßnahmen noch erhöhen, wie dies beispiels- weise in Fig. 3 ersichtlich ist. Bei dieser, im wesentlichen der Fig. 2 entsprechenden Darstellung sind zusätzliche Dampf- düsen 33 vorgesehen, über welche zusätzlicher Dampf in den Mahlraum expandiert werden kann. Weiters ist schematisch über die Leitung 34 eine Zweistoffdüse angedeutet, über welche zu- sätzlicher Dampf und/oder weiteres Mahlgut in die Düsen 31 eingebracht werden kann. Die Einbringung erfolgt naturgemäß entsprechend symmetrisch, um das Maximum der kinetischen Energie im Mahlpunkt bereitzustellen.
Bei der Darstellung nach Fig. 4 sind die Druckwasser- düsen, über welche Druckwasser gegen den freifließenden Schlackenstrahl gerichtet werden kann, schematisch erläutert. Die Schlitzdüse weist dabei einen Ringkanal für die Zuführung von Druckwasser auf, welcher in Übereinstimmung mit der Darstellung nach Fig. 1 wiederum mit 9 bezeichnet ist. Das Druckwasser strömt über den Schlitz 35 aus und trifft auf den freifließenden flüssigen Schlackenstrom 7 auf, wodurch eine inten- sive und rasche glasartige Erstarrung sichergestellt ist. Die Granulationskammer wird somit im unmittelbaren Einlaufbereich des Druckwassers ausgebildet und ist geometrisch durch die Wand 36 des Düsenstockes 37 begrenzt.
Das Granulat tritt in Richtung der Pfeile 38 als Mikrogranu- latstrom mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 300 μm und 0,5 mm aus. Der Kegelwinkel der Schlitzdüsen α soll hiebei maximal 90° betragen, um eine entsprechende Druckwirkung auf die erstarrenden Partikel zu gewährleisten, wodurch der Einschluss von H2S begünstigt wird. Im Düsenstock 37 können sequentiell mehrere derartige Zerstäuberdüsen angeordnet sein, wodurch sich die Granulationsfeinheit entsprechend erhöhen läßt .

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material, bei welchem die Schlackenschmelze mit Druck- wasser beaufschlagt und gemeinsam mit zumindest einem Teil des gebildeten Dampfes ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Schlacke in frei fließendem Strahl in eine Granulationskammer eingebracht wird, daß gegen den Schlackenstrahl (7) Druckwasserstrahlen gerichtet werden, worauf die erstarrte und granulierte Schlacke gemeinsam mit zumindest einem Teil des gebildeten Dampfes über eine pneumatische Förderleitung und einen Verteiler (13) geführt wird und die den Verteiler (13) verlassenden Teilströme über sich konisch verjüngende Düsen (17) in einen Mahlraum mit gegenüber dem Granu- lationsraum geringeren Druck verbracht werden, aus welchem das zerkleinerte und erstarrte Material abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulation in einem druckfest verschließbaren Behälter (1) vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Schlacke in eine kippbare und/oder mit einem Bodenschieber ausgebildete Schlackenpfanne (2) im druckfest verschließbaren Behälter (1) verbracht wird und daß der Schlackenstrahl durch Kippen der Schlackenpfanne (2) oder Öffnen des Bodenschiebers ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich- net, daß der Druck im druckfesten Behälter (1) mit 2 bis 15 bar gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsam mit dem Mahlgut aus dem Mahlraum abgezogene Dampf nach Abtrennung des Feingutes und kondensierten Wasserdampfes dem druckfest verschließbaren Behälter (1) als Druckwasser rückgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des den druckfesten Raum (1) über den Verteiler (13) verlassenden Materialstromes mit 10 bis 30 m/s gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenaustrittsgeschwindigkeit im Mahlraum mit 150 bis 500 m/sec. gewählt wird.
8. Verf hren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Mahlraum, im Anschluß an die Düsenmündungen auf Werte unter 1 bar, insbesondere 0,3 bis 0,5 bar entspannt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Granulatstromgeschwindigkeit und die Granulatstromdichte in an den Verteiler (13) anschließenden zu den Düsen führenden voneinander verschiedenen Leitungen (14, 15) um maximal 8 %, vorzugsweise maximal 5 %, voneinander abweichend gewählt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gebildeten Dampfes über Dampf- düsen (33) in den Mahlraum eingebracht wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulationskammer für die flüssige Schlacke über eine gekrümmte, insbesondere S-förmig gekrümmte Leitung (10) mit dem Verteiler (13) verbunden ist, wobei der Verteiler (13) als Gabelung ausgebildet ist, welcher spiegelsymmetrisch zur Krümmungsebene der gekrümmten Leitung (10) als Spiegelebene ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verteiler (13) wenigstens zwei im wesentlichen gleichen lichten Querschnitt aufweisende Teilstromleitungen (14, 15) zu den Düsen (17) im Mahlraum angeschlossen sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mahlraum Dampfdüsen (33) münden, welche mit dem Behälter (1) über Leitungen verbunden sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (31) der Düsenmündungen auf einen gemeinsamen Punkt (30) gerichtet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel der Düsen (17) zwischen 5° und 30° gewählt ist.
16 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15 , dadurch gekennzeichnet , daß die Teilstromleitungen ( 14 , 15 ) an einen gekrümmt verlaufenden Teil ( 12 ) der mit dem druckfest verschließbaren Behälter ( 1 ) verbundenen Leitung ( 10 ) angeschlos- sen sind.
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