EP4100550B1 - Verfahren zur granulierung einer metallurgischen schlacke - Google Patents

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EP4100550B1
EP4100550B1 EP21703626.8A EP21703626A EP4100550B1 EP 4100550 B1 EP4100550 B1 EP 4100550B1 EP 21703626 A EP21703626 A EP 21703626A EP 4100550 B1 EP4100550 B1 EP 4100550B1
Authority
EP
European Patent Office
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air
slag
work chamber
section
working chamber
Prior art date
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EP21703626.8A
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English (en)
French (fr)
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EP4100550A1 (de
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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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    • 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

  • the invention relates to a method for granulating a metallurgical slag, in which liquid slag is atomized by blowing with air and the slag particles granulated in this way are collected, the atomization being carried out by blowing the liquid slag with a heated air jet free from the addition of water and is fed to a working chamber, the granulated slag particles being collected in the bottom area of the working chamber, the air escaping from the working chamber being either fed to a heat exchanger which preheats the air jet with which the liquid slag is blown, or is circulated directly in order to to atomize the liquid slag, and wherein a single working chamber is used for the process, wherein the supply of the liquid slag and its blowing with air takes place in a first section of the working chamber and that the granulated slag particles collect in a second section of the working chamber, which is spaced from the first section, the air escaping from the working chamber being removed from the working chamber in the area of
  • a procedure of the generic type is from the CN 1 773 204 A known. Similar and other procedures reveal the CN 206 570 358 U , the CN 103 773 911 A , the DE 10 2009 042 874 A1 and the US 2,255,206 A .
  • the slag is granulated in a two-stage process, which has two successive rotating cylinders.
  • the slag is atomized using an air stream and blown into a first rotary tube, which serves as the first waste heat boiler.
  • the still warm granules are then conveyed into a second rotary tube, where they are further cooled.
  • the warm exhaust air from both rotary tubes is used to recover energy.
  • a first step only very coarse granulation is carried out and the particles are then treated in an intermediate grinding step. High-temperature grinding is complex and expensive.
  • the liquid slag is finely atomized using a blower and then granulated in flight.
  • the slag is usually atomized with water injection, i.e. H. the slag is sprayed with water.
  • 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 object of developing a method of the type mentioned in such a way that the quality of the granules can be increased and the costs of their production can be further reduced, with particular consideration being given to the energy costs that have to be used to carry out the method.
  • the aim is to ensure high quality of the granulate and work as energy-efficiently as possible.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that part of the energy contained in the escaping air is used to supply a consumer, the consumer being a steam generator.
  • the slag is preferably kept free from the addition of water from the feed until it is deposited in the bottom area of the working chamber. In this respect, pure dry granulation is envisaged.
  • the air with which the liquid slag is blown is preferably preheated to at least 60 ° C, preferably to at least 80 ° C, particularly preferably to at least 100 ° C and very preferably to at least 120 ° C, or the air is at this temperature on.
  • the air After the liquid slag has been atomized with the air, the air preferably has a temperature of at least 250 ° C, particularly preferably at least 400 ° C.
  • the steam generator is preferably connected to a steam turbine generator system for generating electrical energy.
  • the granulated slag particles are blown 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.
  • 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.
  • the metallurgical slag is preferably a non-ferrous slag.
  • the liquid slag is supplied and blown with air in a first section of the working chamber (in particular in the front area of the working chamber) and that the granulated slag particles collect in a second section of the working chamber (in particular in the rear area of the working chamber), which is spaced from the first section, the air escaping from the working chamber being removed from the working chamber in the area of the first section.
  • the first section and the second section of the working chamber are separated from one another by a baffle plate arranged in the ceiling area of the working chamber.
  • the removal point of the escaping air is advantageously located vertically above the point of supply of the liquid slag and its blowing with air. This essentially means that the escaping air, seen in the top view, leaves the working chamber at the location where it was entered.
  • a slight offset of the supply point and the escape point is also possible, but this is preferably not larger than 2 m, preferably not larger than 1 m.
  • the air After escaping from the working chamber, the air can first be guided vertically upwards, then deflected through 180°, then guided vertically downwards and then again fed to the working chamber via the fan. This creates the further possibility that particles that are still in the air leave the air and that there is sufficient extension that can be used for 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 it vertically downwards.
  • Optimum removal or disposal of the produced granules or defective products is favored if a receiving or removal element for defective products is arranged in the first section of the working chamber and at least one receiving or removal element for granulated slag particles is arranged in the second section of the working chamber.
  • the floor of the working chamber is divided into several sections, with two floor areas, each inclined in opposite directions, collecting granulated slag particles with a specific parameter (in particular a specific size).
  • the granules can then be removed below the two inclined floor areas (this is in Figure 4 shown). This means the granules can be separated into different classes.
  • the proposed method therefore results in dry granulation with preheated air, whereby on the one hand the slag is finely atomized and granulated so that a salable product is created. It can also be used for the atomization of heated air that has been preheated through energy recovery. According to a preferred embodiment of the invention, the air used for atomization circulates in the system. The efficiency of the entire system is thus increased. Granulation takes place in a single process step, so that there are advantages compared to some of the previously known solutions (see above).
  • the dry granulation according to the invention has the significant advantage that less energy escapes from the process and the efficiency of energy recovery can thus be improved.
  • the liquid slag is atomized in a dry air stream without fiber formation or with less fiber formation.
  • the process is suitable for use in many pyrometallurgical processes that produce slag.
  • Application to non-ferrous slags is particularly preferred.
  • the proposed solution can be used to optimize the energy required for the metallurgical process. This is achieved by recovering the energy contained in the slag that would otherwise be lost.
  • the present invention is based on combined dry granulation with energy recovery.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention.
  • Liquid slag 1 is supplied to the air stream 2, which is generated by a blower 10.
  • the slag 1 atomized using air 2 (which has a temperature of approx. 1,300 ° C present) reaches a working chamber 4 in which granulated slag particles 3 form in the dry air flow. These fall into the bottom area of the working chamber 4 and can be transported away below it with a conveyor belt 11.
  • the air 5 escaping from the working chamber 4 (which has a temperature in the range of approximately 500 ° C) is directed to a heat exchanger 6, in which the escaping air 5 sucked in air is preheated and this (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 directed directly (without a heat exchanger) to the blower 10 and used for atomizing the liquid slag 1.
  • the air is then conducted in a closed circuit (recirculating) and used in its heated state to atomize the liquid slag 1.
  • 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 for heating purposes.
  • the escaping air 5, which was passed through the heat exchanger 6, can in turn be directed to the exit point 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 stream 9 is passed through the bottom area, which heats up as it passes through the slag particles 3 and is fed to a heat exchanger 6 (as shown, this can be the same heat exchanger that was mentioned above, but also a separate one ).
  • the heat from the heated air stream 9 can be used in the manner described to make one or more consumers 7 available to be provided.
  • the aim is to remove as much heat from the slag particles through the further air flow 9 that the slag particles only have a temperature of approximately 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.
  • FIG 3 the working chamber 4 is shown again in more detail, with flight parabolas 18 indicating how the granulated slag particles 3 move from the (left) end region of the working chamber 4 as a result of being blown with air and then collect in the bottom region of the working chamber 4.
  • Defective products 19 usually fall down directly in the area of the air input and collect in a place 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 arranged here.
  • the properly granulated slag particles 3 collect in other places on the floor and are removed from the working chamber 4 by receiving or removal elements 17.
  • the bottom of the working chamber can be designed either as a simple sheet or as a perforated sheet in order to permeate the granules produced with air, which makes it possible, on the one hand, to further cool the granules and, on the other hand, to possibly extract further energy from the granules , which is then used for other purposes (see above).
  • the perforated plate is a 23 in. air plate Figure 4 designated.
  • 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 entered 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, with extension here being the width of the working chamber 4 according to the view Figure 4 is to be understood.

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Description

  • 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, wobei 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, und wobei eine einzige Arbeitskammer für das Verfahren verwendet wird, wobei die Zufuhr der flüssigen Schlacke und deren Anblasen mit Luft in einem ersten Abschnitt der Arbeitskammer erfolgt und dass sich die granulierten Schlackepartikel in einem zweiten Abschnitt 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 und wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der Arbeitskammer durch ein im Deckenbereich der Arbeitskammer angeordnetes Prallblech voneinander abgetrennt werden.
  • Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist aus der CN 1 773 204 A bekannt. Ähnliche und andere Verfahren offenbaren die CN 206 570 358 U , die CN 103 773 911 A , die DE 10 2009 042 874 A1 und die US 2 255 206 A .
  • Ein weiteres ähnliches Verfahren 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 27 35 390 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 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 Abgastemperaturen, 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 Aufgabe 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 Lös u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der in der entweichenden Luft enthaltenen Energie zur Versorgung eines Verbrauchers verwendet wird, wobei der Verbraucher ein Dampfgenerator ist. 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.
  • Der Dampfgenerator steht bevorzugt mit einem Dampfturbinen-Generator-System zur Erzeugung elektrischer Energie in Verbindung.
  • 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 erfindungsgemäß 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 sind der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der Arbeitskammer durch ein im Deckenbereich der Arbeitskammer angeordnetes Prallblech voneinander abgetrennt.
  • 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 Energierückgewinnung 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 Förderbandes 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
    7'
    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 (12)

  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, wobei 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, und wobei eine einzige Arbeitskammer (4) für das Verfahren verwendet wird, wobei 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 und wobei 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,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Teil der in der entweichenden Luft (5) enthaltenen Energie zur Versorgung eines Verbrauchers (7) verwendet wird, wobei der Verbraucher (7') ein Dampfgenerator ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacke von der Zuführung bis zur Ablagerung im Bodenbereich der Arbeitskammer (4) frei von der Zugabe von Wasser gehalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 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.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfgenerator mit einem Dampfturbinen-Generator-System (8) zur Erzeugung elektrischer Energie in Verbindung steht.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wärmetauscher (6) gewonnene Wärme zur Versorgung eines Verbrauchers (7', 7") verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, 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.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallurgische Schlacke eine Nicht-Eisen-Schlacke ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 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.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 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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