EP4100550A1 - Verfahren zur granulierung einer metallurgischen schlacke - Google Patents

Verfahren zur granulierung einer metallurgischen schlacke

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EP4100550A1
EP4100550A1 EP21703626.8A EP21703626A EP4100550A1 EP 4100550 A1 EP4100550 A1 EP 4100550A1 EP 21703626 A EP21703626 A EP 21703626A EP 4100550 A1 EP4100550 A1 EP 4100550A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
working chamber
slag
section
liquid slag
Prior art date
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Application number
EP21703626.8A
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English (en)
French (fr)
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EP4100550B1 (de
Inventor
Rolf Degel
Timm Lux
Alexander BERGS
Nikolaus Peter Kurt Borowski
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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Publication of EP4100550A1 publication Critical patent/EP4100550A1/de
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Publication of EP4100550B1 publication Critical patent/EP4100550B1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/04—Working-up slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • C21B3/06—Treatment of liquid slag
    • C21B3/08—Cooling slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/02—Physical or chemical treatment of slags
    • C21B2400/022—Methods of cooling or quenching molten slag
    • C21B2400/026—Methods of cooling or quenching molten slag using air, inert gases or removable conductive bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/05—Apparatus features
    • C21B2400/062—Jet nozzles or pressurised fluids for cooling, fragmenting or atomising slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/08—Treatment of slags originating from iron or steel processes with energy recovery

Definitions

  • a method of the generic type is known from WO 2015/184533 A1.
  • the granulation of metallurgical slag takes place here by adding water, with water being supplied to the slag by means of nozzles (see water nozzle 42 in the figure of the document). In this case, water is also applied directly to the liquid slag entering (see water nozzle 26 in the figure of the document).
  • DE 2735390 C2 shows a similar solution.
  • the slag is granulated in a two-stage process that has two successive rotating cylinders for this purpose.
  • the slag is atomized by means of an air stream and blown into a first rotary tube, which serves as the first waste heat boiler.
  • the still warm granulate is then conveyed into a second rotary kiln, in which it is further cooled.
  • the warm exhaust air from both rotary tubes is used for energy recovery.
  • a first step only a very coarse granulation is initially carried out and then the particles are treated in an intermediate grinding step.
  • the high-temperature grinding is complex and expensive.
  • the granulated particles are then sufficiently cooled when they hit the ground and have a spherical shape.
  • many of the previously known processes are uneconomical, which is why they are not used in industrial practice.
  • the invention is based on the task of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that the quality of the granulate is increased and the costs of its production can be further reduced, with the energy costs that have to be expended for carrying out the method being considered in particular . This should ensure a high quality of the granulate and work as energy-efficiently as possible.
  • the air After the liquid slag has been atomized with the air, the air preferably has a temperature of at least 250.degree. C., particularly preferably of at least 400.degree.
  • the consumer is a steam generator; this is preferably connected to a steam turbine generator system for generating electrical energy.
  • the consumer is a heater with which systems or buildings are heated.
  • the granulated slag particles are blown on with a further air stream in order to heat the air, the heated air being fed to a heat exchanger; the slag particles are also cooled here.
  • the heat obtained in the heat exchanger can be used to supply a consumer;
  • a steam generator is possible as a consumer, which is preferably connected to a steam turbine generator system for generating electrical energy, or a heater with which systems or buildings are heated.
  • first section and the second section of the working chamber can be separated from one another by a baffle plate arranged in the ceiling area of the working chamber.
  • the discharge point of the escaping air is advantageously vertically above the point of supply of the liquid slag and its blowing with air. This essentially means that the escaping air, seen in plan view, leaves the working chamber again at the location at which it was entered.
  • a slight offset of the feed point and the escape point is also possible in this respect, but this is preferably no greater than 2 m, preferably no greater than 1 m.
  • the air After the air has escaped from the working chamber, it can first be guided vertically upwards, then deflected by 180 °, then guided vertically downwards and then again fed to the working chamber via the fan. This results in the further possibility that particles still in the air leave the air and, moreover, there is a sufficient extent that can be used for the heat exchange from the hot air.
  • This concept also includes the possibility that the air is first deflected by 90 ° after it has escaped from the working chamber, then the heat exchange described takes place, which is then followed by a further deflection by 90 ° for the purpose of guiding vertically downwards.
  • the dry granulation according to the invention has the essential advantage that less energy escapes from the process and thus the efficiency of the energy recovery can be improved.
  • the liquid slag is atomized in a dry air stream without fiber formation or with less fiber formation.
  • FIG 5 schematically shows the side view (left) and the front view (right) of the working chamber and the subsequent guidance of the air including the heat exchanger.
  • the present invention is based on a combined dry granulation with energy recovery.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the invention.
  • Liquid slag 1 is fed to the air stream 2 which is generated by a fan 10.
  • the slag 1 atomized by means of the air 2 arrives in a working chamber 4, in which granulated slag particles 3 are formed in the dry air stream. These fall into the floor area of the working chamber 4 and can be transported away below the same with a conveyor belt 11.
  • the air 5 escaping from the working chamber 4 (which has a temperature in the range of approx. 500 ° C.) is passed to a heat exchanger 6, in which the air 5 is preheated and sucked in (along the path shown schematically with dashed lines ) to the blower 10 in order to atomize liquid slag 1.
  • the air 5 escaping from the working chamber may be passed directly (without a heat exchanger) to the fan 10 and used for atomizing the liquid slag 1.
  • the air is then guided in a closed circuit (recirculating) and, in its heated state, used to atomize the liquid slag 1.
  • the left half of the figure shows once again how air 2 is used to atomize the liquid slag 1.
  • the air 5 escaping from the working chamber 4 passes the heat exchanger 6, while the granulated slag particles 3 are collected in a bottom area of the arrangement.
  • the heat obtained in the heat exchanger 6 from the air 5 that has escaped is reused.
  • Two alternative or additive options are sketched in the right half of the picture.
  • a consumer 7 can be seen in the form of a steam generator 7 ', in which water is evaporated by using the energy obtained.
  • the steam is fed to a steam turbine generator system 8 in which electrical energy can be obtained in a manner known per se
  • a consumer 7 is shown in the form of a heater 7 ′′.
  • the energy from the escaping air 5 is used in this case for heating purposes.
  • the escaping air 5, which has been passed through the heat exchanger 6, can in turn be passed to the starting point in order to be used as air 2, with which the liquid slag 1 is atomized. If recirculating air is used, it should have a temperature of not less than 120 ° C. when it reaches the fan 10.
  • a further air flow 9 is passed through the bottom area, which heats up when passing through the slag particles 3 and is fed to a heat exchanger 6 (this can, as shown, be the same heat exchanger that was mentioned above, but also a separate one ).
  • the heat from the heated air flow 9 can be used in the manner described to make one or more consumers 7 available to be asked.
  • the aim is to extract enough heat from the slag particles by the further air flow 9 that the slag particles only have a temperature of approx. 80 ° C.
  • the extraction of heat from the slag particles does not necessarily have to take place directly in the bottom area of the working chamber 4. It is also possible to choose a downstream location for this, for example the area of the conveyor belt 11. It would also be possible to use the heated additional air flow 9 to feed it to the fan 10 and to atomize the liquid slag by means of the preheated air 1 to make.
  • the working chamber 4 is shown again in greater detail, with flight parabolas 18 indicating how the granulated slag particles 3 move from the (left) end area of the working chamber 4 when blown with air and then collect in the bottom area of the working chamber 4.
  • Defective products 19 mostly fall down directly in the area of the air inlet and collect at a location from which they can be disposed of (in particular in the form of a settling hatch under the slag channel).
  • a receiving or removal element 16 for said defective products 19 is thus arranged here.
  • FIG. 4 an embodiment of the bottom of the working chamber 4 is provided, according to which the bottom is straight.
  • the granulated slag particles 3 can be transported away either by a wheel loader, by manual unloading or by an extraction device on the ground.
  • an alternative embodiment is provided for this.
  • the figure shows that the bottom has slight inclines through which the working chamber 4 is divided into segments or sections in which different product sizes can be pre-separated and transported to separate outlets.
  • the bottom of the working chamber can be designed either as a simple sheet metal or as a perforated sheet to allow air to pass through the granules produced, which makes it possible, on the one hand, to further cool the granules and, on the other hand, to extract further energy from the granules which is then used elsewhere (see above).
  • the perforated plate is designated as an air plate 23 in FIG. FIG. 4 also shows how the air blown in from the blower 10 reaches the working chamber 4, is guided into it and then leaves it again through the discharge point 15. Accordingly, the working chamber 4 is divided into a first section 12 and a second section 13.
  • the two sections are separated from one another by a baffle plate 14 which is arranged in the ceiling area of the working chamber 4.
  • the first section 12 lies in the area of the point at which the air and the liquid slag 1 are introduced into the working chamber 4; the extent of the first section 12 is preferably between 15% and 35% of the total extent of the working chamber 4, the extent here being understood to mean the width of the working chamber 4 according to the view according to FIG.
  • FIG. 5 left partial image in Figure 5 and the front view (right partial image in Figure 5) can be seen, after leaving the working chamber 4 at the discharge point 15, the air is first guided vertically upwards along a first section 20 of the air duct.
  • a deflector 21 is arranged with which the air is deflected by 180 ° and directed into a second section of the air duct 22, which guides the air vertically downwards.
  • the air is returned to the blower 10, which blows it back into the working chamber 4.
  • a particularly proven location for the arrangement of the heat exchanger 6 is in the area of the second section 22 of the air duct.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Granulierung einer metallurgischen Schlacke, bei dem flüssige Schlacke (1) durch Anblasen mit Luft (2) zerstäubt wird und die so granulierten Schlackepartikel (3) gesammelt werden. Um eine hohe Qualität des Granulats sicherzustellen und dabei möglichst energieeffizient zu arbeiten, sieht die Erfindung vor, dass das Zerstäuben erfolgt, indem die flüssige Schlacke (1) mit einem erwärmten Luftstrahl (2) frei von der Zugabe von Wasser angeblasen und einer Arbeitskammer (4) zugeführt wird, wobei die granulierten Schlackepartikel (3) im Bodenbereich der Arbeitskammer (4) gesammelt werden, wobei die aus der Arbeitskammer (4) entweichende Luft (5) entweder einem Wärmetauscher (6) zugeführt wird, der den Luftstrahl vorwärmt, mit dem die flüssige Schlacke (1) angeblasen wird, oder direkt im Kreislauf geführt wird, um die flüssige Schlacke (1) zu zerstäuben.

Description

Verfahren zur Granulierung einer metallurgischen Schlacke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Granulierung einer metallurgischen Schlacke, bei dem flüssige Schlacke durch Anblasen mit Luft zerstäubt wird und die so granulierten Schlackepartikel gesammelt werden.
Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist aus der WO 2015/184533 A1 bekannt. Das Granulierung von metallurgischer Schlacke erfolgt hier durch Zugabe von Wasser, wobei Wasser mittels Düsen der Schlacke zugeführt wird (s. Wasserdüse 42 in der Figur des Dokuments). Hierbei wird Wasser auch direkt auf die eintretende flüssige Schlacke aufgebracht (s. Wasserdüse 26 in der Figur des Dokuments). Eine ähnliche Lösung zeigt die DE 2735390 C2. Hier erfolgt das Granulieren der Schlacke in einem zweistufigen Prozess, der hierfür zwei aufeinanderfolgende Drehzylinder aufweist. Die Schlacke wird mittels eines Luftstroms verdüst und in ein erstes Drehrohr geblasen, welches als erster Abhitzekessel dient. Das noch warme Granulat wird anschließend in ein zweites Drehrohr gefördert, in dem es weiter abgekühlt wird. Aus beiden Drehrohren wird die warme Abluft zur Energierückgewinnung genutzt. Dabei wird zunächst in einem ersten Schritt zunächst nur eine sehr grobe Granulierung vorgenommen und anschließend die Partikel in einem Zwischenmahlschritt behandelt. Das Hochtemperatur-Mahlen ist aufwendig und teuer.
Ähnliche und andere Lösungen zeigen die JP 11181508 A, die DE 10 2009 042 874 A1 , die DE 1 583 200 A1, die JP 11236609 A, die JP 54159302 A, die WO 2011/160551 A1 und die WO 2016/095031 A1. All diese Lösungen haben allerdings gewisse technologische Nachteile, beispielsweise zu niedrige Abgas- temperaturen, zu viel Staub im Abgas und ein nicht unmittelbar weiter wirtschaftlich verwertbares Schlackenprodukt. Bei einigen der vorbekannten Lösungen wird die flüssige Schlacke also mittels eines Gebläses fein verdüst und anschließend im Flug granuliert. Dabei wird die Schlacke zumeist mit Wassereinspritzung verdüst, d. h. die Schlacke wird mit Wasser besprüht. Die granulierten Partikel sind dann bei Auftreffen auf den Boden ausreichend abgekühlt und besitzen eine sphärische Form. Viele der vorbekannten Verfahren arbeiten allerdings unwirtschaftlich, weshalb sie in der industriellen Praxis nicht eingesetzt werden. Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die Qualität des Granulats erhöht und die Kosten bei dessen Herstellung weiter vermindert werden können, wobei insbesondere die Energiekosten betrachtet werden, die für die Durchführung des Verfahrens aufgewendet werden müssen. Somit soll eine hohe Qualität des Granulats sichergestellt und dabei möglichst energieeffizient gearbeitet werden.
Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zerstäuben erfolgt, indem die flüssige Schlacke mit einem erwärmten Luftstrahl frei von der Zugabe von Wasser angeblasen und einer Arbeitskammer zugeführt wird, wobei die granulierten Schlackepartikel im Bodenbereich der Arbeitskammer gesammelt werden, wobei die aus der Arbeitskammer entweichende Luft entweder einem Wärmetauscher zugeführt wird, der den Luftstrahl vorwärmt, mit dem die flüssige Schlacke angeblasen wird, oder direkt im Kreislauf geführt wird, um die flüssige Schlacke zu zerstäuben.
Bevorzugt wird dabei nur eine einzige Arbeitskammer für das Verfahren verwendet.
Die Schlacke wird dabei bevorzugt von der Zuführung bis zur Ablagerung im Bodenbereich der Arbeitskammer frei von der Zugabe von Wasser gehalten. Insofern ist also eine reine trockene Granulierung vorgesehen. Die Luft, mit der die flüssige Schlacke angeblasen wird, wird dabei vorzugsweise auf mindestens 60 °C, bevorzugt auf mindestens 80 °C, besonders bevorzugt auf mindestens 100 °C und sehr bevorzugt auf mindestens 120 °C vorgewärmt bzw. die Luft weist diese Temperatur auf.
Nachdem mit der Luft die Zerstäubung der flüssigen Schlacke vorgenommen wurde, weist die Luft bevorzugt eine Temperatur von mindestens 250 °C auf, besonders bevorzugt von mindestens 400 °C.
Ein Teil der in der entweichenden Luft enthaltenen Energie kann auch zur Versorgung eines Verbrauchers verwendet werden. Der Verbraucher ist hierbei nach einer Ausführungsform der Erfindung ein Dampfgenerator; dieser steht bevorzugt mit einem Dampfturbinen-Generator-System zur Erzeugung elektrischer Energie in Verbindung. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Verbraucher eine Heizung, mit der Anlagen oder Gebäude beheizt werden.
Die granulierten Schlackepartikel werden nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem weiteren Luftstrom angeblasen, um die Luft zu erhitzen, wobei die erhitze Luft einem Wärmetauscher zugeführt wird; die Schlackepartikel werden hierbei auch gekühlt. Wiederum gilt, dass die im Wärmetauscher gewonnene Wärme zur Versorgung eines Verbrauchers verwendet werden kann; auch hier ist als Verbraucher ein Dampfgenerator möglich, der vorzugsweise mit einem Dampfturbinen-Generator-System zur Erzeugung elektrischer Energie in Verbindung steht, oder eine Heizung, mit der Anlagen oder Gebäude beheizt werden.
Die metallurgische Schlacke ist vorzugsweise eine Nicht-Eisen-Schlacke. Um einen hohen Grad der Sauberkeit im Betrieb zu gewährleisten, sind verschiedene weitere Maßnahmen sehr vorteilhaft: Hiernach ist insbesondere vorgesehen, dass die Zufuhr der flüssigen Schlacke und deren Anblasen mit Luft in einem ersten Abschnitt der Arbeitskammer (insbesondere im vorderen Bereich der Arbeitskammer) erfolgt und dass sich die granulierten Schlackepartikel in einem zweiten Abschnitt der Arbeitskammer (insbesondere im hinteren Bereich der Arbeitskammer) sammeln, der vom ersten Abschnitt beabstandet ist, wobei die aus der Arbeitskammer entweichende Luft im Bereich des ersten Abschnitts aus der Arbeitskammer abgeführt wird.
Zu diesem Zweck kann der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der Arbeitskammer durch ein im Deckenbereich der Arbeitskammer angeordnetes Prallblech voneinander abgetrennt werden.
Hierdurch wird die Luft in der Arbeitskammer, nachdem das Granulat heruntergerieselt ist, zwangsweise in den vorderen Bereich der Arbeitskammer zurück und aus dieser wieder heraus geführt, so dass sie kaum noch Granulatpartikel in sich trägt. Dies gewährleistet eine verminderte Staubbelastung.
Die Abführstelle der entweichenden Luft liegt vorteilhafter Weise vertikal oberhalb der Stelle der Zufuhr der flüssigen Schlacke und deren Anblasen mit Luft. Hierunter ist im wesentlichen zu verstehen, dass die entweichende Luft, in der Draufsicht gesehen, wieder an dem Ort die Arbeitskammer verlässt, an welchem sie eingegeben wurde. Natürlich ist insofern auch ein geringfügiger Versatz der Zufuhrstelle und der Entweichstelle möglich, dieser ist allerdings bevorzugt nicht größer als 2 m, vorzugsweise nicht größer als 1 m.
Die Luft kann nach deren Entweichung aus der Arbeitskammer zunächst vertikal nach oben geführt, dann um 180° umgelenkt, dann vertikal nach unten geführt und dann wiederum der Arbeitskammer über das Gebläse zugeführt werden. Hierdurch ergibt sich die weitere Möglichkeit, dass sich noch in der Luft befindliche Partikel die Luft verlassen und im übrigen eine hinreichende Erstreckung vorliegt, die für den Wärmetausch aus der heißen Luft genutzt werden kann. Dieses Konzept umfasst auch die Möglichkeit, dass die Luft nach deren Entweichung aus der Arbeitskammer zunächst um 90° umgelenkt wird, dann der beschriebene Wärmetausch stattfindet, woran sich dann eine weitere Umlenkung um 90° zwecks Führung vertikal nach unten anschließt.
Statt der genannten vertikalen Leitung der Luft kann natürlich auch eine solche unter einem geringfügigen Winkel zur Vertikalen, vorzugsweise bis maximal 30°, vorgesehen werden
Eine optimale Entnahme bzw. Entsorgung des hergestellten Granulats bzw. von Fehlprodukten wird begünstigt, wenn im ersten Abschnitt der Arbeitskammer ein Aufnahme- oder Abfuhrelement für Fehlprodukte und im zweiten Abschnitt der Arbeitskammer mindestens ein Aufnahme- oder Abfuhrelement für granulierte Schlackepartikel angeordnet werden.
Dabei kann auch vorgesehen werden, dass der Boden der Arbeitskammer in mehrere Abschnitte unterteilt wird, wobei zwei jeweils gegensinnig zueinander geneigte Bodenbereiche granulierte Schlackepartikel mit einem bestimmten Parameter (insbesondere einer bestimmten Größe) sammeln. Unterhalb der beiden geneigten Bodenbereiche kann dann das Granulat abgeführt werden (dies ist in Figur 4 dargestellt). So kann das Granulat in unterschiedliche Klassen separiert werden. Durch das vorgeschlagene Verfahren erfolgt also eine trockene Granulation mit vorgewärmter Luft, wobei einerseits die Schlacke fein verdüst und granuliert wird, so dass ein verkaufsfähiges Produkt entsteht. Es kann auch für die Verdüsung erhitze Luft verwendet werden, die durch Energierückgewinnung vorgewärmt wurde. Die zum Verdüsen eingesetzte Luft zirkuliert nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in der Anlage. Der Effizienzgrad der gesamten Anlage wird somit erhöht. Die Granulation erfolgt in einem einzigen Prozessschritt, so dass sich im Vergleich zu einigen der vorbekannten Lösungen (siehe oben) Vorteile ergeben.
Im Vergleich zu vorbekannten Lösungen, bei denen die Granulierung flüssiger Schlacke unter Zugabe von Wasser erfolgt, hat das erfindungsgemäße trockene Granulieren den wesentlichen Vorteil, dass weniger Energie aus dem Prozess entweicht und so die Effizienz der Energierückgewinnung verbessert werden kann.
Die Verdüsung der flüssigen Schlacke erfolgt im trockenen Luftstrom ohne Faserbildung bzw. mit geringerer Faserbildung.
Das Verfahren eignet sich zum Einsatz bei vielen pyrometallurgischen Verfahren, bei denen Schlacken anfallen. Die Anwendung auf Nicht-Eisen-Schlacken ist besonders bevorzugt.
Mit der vorgeschlagenen Lösung kann eine Optimierung der zum Einsatz kommenden Energie erfolgen, die für den metallurgischen Prozess erforderlich ist. Erreicht wird dies durch die Rückgewinnung der Energie, die in der Schlacke enthalten ist und die ansonsten verloren wäre.
Somit wird eine effektive Rückgewinnung von Energie aus der flüssigen Schlacke gewährleistet, wobei sich gleichzeitig eine Erstarrung der Partikel der Schlacke ergibt, die unmittelbar zu einem verwertbaren (marktfähigen) Granulat führen. Die wirtschaftliche Verwertbarkeit der Schlacke wird somit verbessert.
Soweit von Anblasen der flüssigen Schlacke mit Luft zwecks Zerstäubung gesprochen wird, ist hierunter zu verstehen, dass ein starker Luftstrom in den Zufluss von flüssiger Schlacke eingebracht wird, so dass die gewünschte Zerstäubung stattfindet. Die Schlacke wird insbesondere über eine Rinne zugeleitet; beim Herabfallen der Schlacke wird dann von unten der starke Luftstrom zugeführt. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Anlage zur Granulierung von flüssiger Schlacke, bei der eine Wärmerückgewinnung erfolgt, um die Luft vorzuwärmen, die für das Verdüsen der flüssigen Schlacke benötigt wird,
Fig. 2 schematisch eine Anlage, bei der darüber hinaus eine weitergehende Nutzung der rückgewonnenen Energie vorgesehen ist,
Fig. 3 schematisch die Seitenansicht der Arbeitskammer der Anlage, wobei der Flug der granulierten Schlackepartikel angedeutet ist, nachdem diese mit Luft angeblasen wurden, Fig. 4 schematisch die Seitenansicht der Arbeitskammer in einer alternativen Ausführungsform, wobei der Verlauf der Strömung der Luft durch die Arbeitskammer und aus dieser heraus angedeutet ist, und
Fig. 5 schematisch die Seitenansicht (links) und die Vorderansicht (rechts) der Arbeitskammer sowie der nachfolgenden Führung der Luft einschließlich Wärmetauscher.
Der oben genannte Stand der Technik liefert für die Technologie der Schlackengranulation und auch der Rückgewinnung von Energie, die in der Schlacke enthalten ist, diverse Lösungen. Im Unterschied hierzu stellt die vorliegende Erfindung auf eine kombinierte Trockengranulation mit Energie rückgewinnung ab.
Hierzu zeigt Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Flüssige Schlacke 1 wird dem Luftstrom 2 zugeführt, der von einem Gebläse 10 erzeugt wird. Die mittels der Luft 2 verdüste Schlacke 1 (die mit einer Temperatur von ca. 1.300 °C vorliegt) gelangt in eine Arbeitskammer 4, in der sich im trockenen Luftstrom granulierte Schlackenpartikel 3 bilden. Diese fallen in den Bodenbereich der Arbeitskammer 4 und können unterhalb derselben mit einem Förderband 11 abtransportiert werden.
Die aus der Arbeitskammer 4 entweichen der Luft 5 (die eine Temperatur im Bereich von ca. 500 °C aufweist) wird zu einem Wärmetauscher 6 geleitet, in dem die entweichende Luft 5 angesaugte Luft vorgewärmt und diese (entlang des schematisch mit gestrichelten Linien dargestellten Weges) zum Gebläse 10 leitet, um flüssige Schlacke 1 zu verdüsen.
Alternativ ist es allerdings genauso auch möglich, dass die aus der Arbeitskammer entweichende Luft 5 direkt (ohne Wärmetauscher) zum Gebläse 10 geleitet und für das Verdüsen der flüssigen Schlacke 1 verwendet wird. Die Luft wird im letztgenannten Falle dann im geschlossenen Kreislauf (rezirkulierend) geführt und in ihrem erwärmten Zustand zum Verdüsen der flüssigen Schlacke 1 eingesetzt.
Auch die Kombination der beiden erläuterten Vorgehensweisen ist möglich: Demnach wird die aus der Arbeitskammer 4 entweichende Luft 5 rezirkuliert, d. h. wiederum dem Gebläse 10 zugeleitet und flüssige Schlacke 1 mit dieser verdüst. Vorher allerdings hat die entweichende Luft 5 den Wärmetauscher 6 passiert, wodurch ein Konzept realisierbar ist, wie es in Figur 2 dargestellt ist.
Hier ist in der linken Bildhälfte zunächst noch einmal schematisch dargestellt, wie Luft 2 zum Verdüsen der flüssigen Schlacke 1 eingesetzt wird. Die aus der Arbeitskammer 4 entweichende Luft 5 passiert den Wärmetauscher 6, während die granulierten Schlackepartikel 3 in einem Bodenbereich der Anordnung gesammelt werden. In der rechten Bildhälfte ist angedeutet, dass die im Wärmetauscher 6 aus der entwichenen Luft 5 gewonnene Wärme weiterverwendet wird. Hierbei sind in der rechten Bildhälfte zwei alternative oder additive Möglichkeiten skizziert. Im oberen Bereich der rechten Bildhälfte ist ein Verbraucher 7 in Form eines Dampfgenerators 7‘ zu sehen, in dem durch Einsatz der gewonnenen Energie Wasser verdampft wird. Der Dampf wird einem Dampfturbinen-Generator-System 8 zugeführt, in dem in an sich bekannter Weise elektrische Energie gewonnen werden kann
Im unteren Bereich der rechten Bildhälfte ist ein Verbraucher 7 in Form einer Heizung 7“ dargestellt. Die Energie aus der entweichenden Luft 5 wird in diesem Falle zu Heizzwecken eingesetzt. Die entweichende Luft 5, die durch den Wärmetauscher 6 geführt wurde, kann wiederum an die Ausgangsstelle geleitet werden, um als Luft 2 verwendet zu werden, womit die flüssige Schlacke 1 verdüst wird. Wird rezirkulierende Luft verwendet, sollte diese beim Erreichen des Gebläse 10 eine Temperatur von nicht weniger als 120 °C aufweisen.
In Figur 2 ist noch eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dargestellt. Die sich im Bodenbereich der Arbeitskammer 4 sammelnden granulierten Schlackepartikel 3 weisen zunächst noch eine Temperatur von ca. 500 °C auf. Dies kann zur weiteren Wärmerückgewinnung genutzt werden.
Hierzu wird durch den Bodenbereich ein weiterer Luftstrom 9 geleitet, der sich beim Durchleiten durch die Schlackepartikel 3 erwärmt und einem Wärmetauscher 6 zugeführt wird (es kann sich dabei, wie dargestellt, um denselben Wärmetauscher handeln, der oben erwähnt wurde, allerdings auch um einen separaten). Die Wärme aus dem erhitzten Luftstrom 9 kann in der beschriebenen Weise benutzt werden, um einem oder mehreren Verbrauchern 7 zur Verfügung gestellt zu werden. Dabei wird angestrebt, soviel Wärme den Schlackepartikeln durch den weiteren Luftstrom 9 zu entziehen, dass die Schlackepartikel nur noch eine Temperatur von ca. 80 °C aufweisen. Natürlich muss nicht zwingend der Entzug von Wärme aus den Schlackepartikeln direkt im Bodenbereich der Arbeitskammer 4 erfolgen. Möglich ist es auch, hierfür einen nachgeordneten Ort zu wählen, beispielsweise den Bereich des Förder bandes 11. Möglich wäre es auch, den erhitzten weiteren Luftstrom 9 zu benutzen, um ihn dem Gebläse 10 zuzuführen und mittels der insofern vorgewärmten Luft die Zerstäubung der flüssigen Schlacke 1 vorzunehmen.
In Figur 3 ist die Arbeitskammer 4 nochmals näher dargestellt, wobei durch Flugparabeln 18 angedeutet ist, wie sich die granulierten Schlackepartikel 3 durch das Anblasen mit Luft vom (linken) Endbereich der Arbeitskammer 4 aus bewegen und sich dann im Bodenbereich der Arbeitskammer 4 sammeln. Fehlprodukte 19 fallen dabei zumeist unmittelbar im Bereich der Lufteingabe nach unten und sammeln sich an einem Ort, von dem aus sie entsorgt werden können (insbesondere in Form einer Absetzluke unter der Schlackenrinne). Hier ist also ein Aufnahme- oder Abfuhrelement 16 für besagte Fehlprodukte 19 angeordnet. Die ordnungsgemäß granulierten Schlackepartikel 3 sammeln sich indes an anderen Stellen des Bodens und werden hier durch Aufnahme- oder Abfuhrelemente 17 aus der Arbeitskammer 4 entnommen. Die Abführstelle 15 der aus der Arbeitskammer 4 entweichenden Luft 5 liegt indes wieder im Bereich der Einblasstelle der Luft, d. h. im linken Bereich der Arbeitskammer 4; die Luft wird also in spezieller Weise geführt (siehe hierzu Figur 4). In Figur 3 ist eine Ausgestaltung des Bodens der Arbeitskammer 4 vorgesehen, wonach der Boden gerade ausgebildet ist. Die granulierten Schlackepartikel 3 können entweder durch einen Radlader, durch manuelle Entladung oder durch eine Abzugsvorrichtung am Boden abtransportiert werden. In Figur 4 ist hierzu eine alternative Ausgestaltung vorgesehen. Betreffend die Gestaltung des Bodens der Arbeitskammer 4 geht aus der Figur hervor, dass der Boden leichte Schrägen aufweist, durch die die Arbeitskammer 4 in Segmente bzw. Abschnitte eingeteilt wird, in denen verschiedene Produktgrößen vorsepariert werden können und zu separaten Auslässen transportiert werden.
Der Boden der Arbeitskammer kann in beiden Fällen entweder als einfaches Blech oder als Lochblech ausgeführt sein, um das produzierte Granulat mit Luft zu durchsetzen, wodurch es möglich wird, zum einen das Granulat weiter zu kühlen und zum anderen eventuell auch dem Granulat weitere Energie zu entziehen, die dann anderweitig genutzt wird (siehe oben). Das Lochblech ist als Luftblech 23 in Figur 4 bezeichnet. In Figur 4 ist weiterhin dargestellt, wie die eingeblasene Luft vom Gebläse 10 aus in die Arbeitskammer 4 gelangt, in dieser geführt wird und sie dann durch die Abführstelle 15 wieder verlässt. Demgemäß ist die Arbeitskammer 4 in einen ersten Abschnitt 12 und einen zweiten Abschnitt 13 unterteilt. Die beiden Abschnitte sind im Ausführungsbeispiel durch ein Prallblech 14 voneinander getrennt, welches im Deckenbereich der Arbeitskammer 4 angeordnet ist. Der erste Abschnitt 12 liegt im Bereich der Stelle, an der die Luft und die flüssige Schlacke 1 in die Arbeitskammer 4 eingegeben wird; die Erstreckung des ersten Abschnitts 12 beträgt bevorzugt zwischen 15 % und 35 % der gesamten Erstreckung der Arbeitskammer 4, wobei hier unter Erstreckung die Breite der Arbeitskammer 4 gemäß der Ansicht nach Figur 4 zu verstehen ist.
Dies hat zur Folge, dass die Luft im linken Endbereich der Arbeitskammer 4 (siehe Figur 4) in die Arbeitskammer eintritt und den Verlauf nimmt, der durch die Pfeile dargestellt ist. Die Luft muss dann das Prallblech 14 umströmen und gelangt zur Abführstelle 15, an der sie aus der Arbeitskammer 4 entweicht. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich nur noch ein minimaler Anteil von Granulat bzw. Staub in der Luft 5 befindet, wenn diese die Arbeitskammer verlässt.
Aus Figur 5 ist ersichtlich, wie die heiße Luft vorteilhaft geführt wird, sobald sie die Arbeitskammer 4 verlassen hat. Wie aus der Zusammenschau der Seitenansicht
(linkes Teilbild in Figur 5) und der Vorderansicht (rechtes Teilbild in Figur 5) ersichtlich ist, wird die Luft nach Verlassen der Arbeitskammer 4 an der Abführstelle 15 zunächst entlang eines ersten Abschnitts 20 der Luftführung vertikal nach oben geführt. Am Ende des Abschnitts 20 ist eine Umlenkung 21 angeordnet, mit der die Luft um 180° umgelenkt und in einen zweiten Abschnitt der Luftführung 22 geleitet wird, der die Luft senkrecht nach unten führt. Am unteren Ende wird die Luft zum Gebläse 10 rückgeführt, welches sie wieder in die Arbeitskammer 4 einbläst. Ein besonders bewährter Ort für die Anordnung des Wärmetauschers 6 befindet sich im Bereich des zweiten Abschnitts 22 der Luftführung.
Bezugszeichenliste:
1 flüssige Schlacke 2 Luft
3 granulierte Schlackepartikel
4 Arbeitskammer
5 aus der Arbeitskammer entweichende Luft
6 Wärmetauscher 7 Verbraucher T Dampfgenerator 7 Heizung 8 Dampfturbinen-Generator-System 9 weiterer Luftstrom 10 Gebläse
11 Förderband 12 erster Abschnitt der Arbeitskammer
13 zweiter Abschnitt der Arbeitskammer
14 Prallblech 15 Abführstelle der entweichenden Luft
16 Aufnahme- oder Abfuhrelement für Fehlprodukte
17 Aufnahme- oder Abfuhrelement für granulierte Schlackepartikel
18 Flugparabel 19 Fehlprodukt 20 erster Abschnitt der Luftführung
21 Umlenkung 22 zweiter Abschnitt der Luftführung 23 Luftblech

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Granulierung einer metallurgischen Schlacke, bei dem flüssige Schlacke (1) durch Anblasen mit Luft (2) zerstäubt wird und die so granulierten Schlackepartikel (3) gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerstäuben erfolgt, indem die flüssige Schlacke (1) mit einem erwärmten Luftstrahl (2) frei von der Zugabe von Wasser angeblasen und einer Arbeitskammer (4) zugeführt wird, wobei die granulierten Schlackepartikel (3) im Bodenbereich der Arbeitskammer (4) gesammelt werden, wobei die aus der Arbeitskammer (4) entweichende Luft (5) entweder einem Wärmetauscher (6) zugeführt wird, der den Luftstrahl vorwärmt, mit dem die flüssige Schlacke (1) angeblasen wird, oder direkt im Kreislauf geführt wird, um die flüssige Schlacke (1) zu zerstäuben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige
Arbeitskammer (4) für das Verfahren verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacke von der Zuführung bis zur Ablagerung im Bodenbereich der
Arbeitskammer (4) frei von der Zugabe von Wasser gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft (2), mit der die flüssige Schlacke (1) angeblasen wird, auf mindestens 60 °C, bevorzugt auf mindestens 80 °C, besonders bevorzugt auf mindestens 100 °C und vorzugsweise auf mindestens 120 °C, vorgewärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft (2), nachdem mit dieser die Zerstäubung der flüssigen Schlacke vorgenommen wurde, eine Temperatur von mindestens 250 °C aufweist, bevorzugt von mindestens 400 °C.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der in der entweichenden Luft (5) enthaltenen Energie zur Versorgung eines Verbrauchers (7) verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (7‘) ein Dampfgenerator ist, der vorzugsweise mit einem Dampfturbinen- Generator-System (8) zur Erzeugung elektrischer Energie in Verbindung steht.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (7“) eine Heizung ist, mit der Anlagen oder Gebäude beheizt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die granulierten Schlackepartikel (3) mit einem weiteren Luftstrom (9) angeblasen werden, um die Luft zu erhitzen, wobei die erhitze Luft einem Wärmetauscher (6) zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wärmetauscher (6) gewonnene Wärme zur Versorgung eines Verbrauchers (7‘, 7“) verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (7‘) ein Dampfgenerator ist, der vorzugsweise mit einem Dampfturbinen-Generator-System (8) zur Erzeugung elektrischer Energie in Verbindung steht, oder dass der Verbraucher (7“) eine Heizung ist, mit der Anlagen oder Gebäude beheizt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die metallurgische Schlacke eine Nicht-Eisen-Schlacke ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der flüssigen Schlacke (1) und deren Anblasen mit Luft (2) in einem ersten Abschnitt (12) der Arbeitskammer (4) erfolgt und dass sich die granulierten Schlackepartikel (3) in einem zweiten Abschnitt (13) der
Arbeitskammer (4) sammeln, der vom ersten Abschnitt (12) beabstandet ist, wobei die aus der Arbeitskammer (4) entweichende Luft (5) im Bereich des ersten Abschnitts (12) aus der Arbeitskammer (4) abgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (12) und der zweite Abschnitt (13) der Arbeitskammer (4) durch ein im Deckenbereich der Arbeitskammer (4) angeordnetes Prallblech (14) voneinander abgetrennt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführstelle (15) der entweichenden Luft (5) vertikal oberhalb der Stelle der Zufuhr der flüssigen Schlacke (1) und deren Anblasen mit Luft (2) liegt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft (5) nach deren Entweichung aus der Arbeitskammer (4) zunächst vertikal nach oben geführt wird, dann um 180° umgelenkt, dann vertikal nach unten geführt und dann wiederum der Arbeitskammer über das Gebläse (10) zugeführt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Abschnitt (12) der Arbeitskammer (4) ein Aufnahme- oder Abfuhrelement (16) für Fehlprodukte und im zweiten Abschnitt (13) der
Arbeitskammer (4) mindestens ein Aufnahme- oder Abfuhrelement (17) für granulierte Schlackepartikel (3) angeordnet werden.
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