WO1995015402A1 - Verfarhen zum granulieren und zerkleinern von schmelzflüssigem material und mahlgut sowie einrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

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

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    • C21B2400/066—Receptacle features where the slag is treated
    • C21B2400/074—Tower structures for cooling, being confined but not sealed

Definitions

  • the invention relates to a ner driving for granulating and comminuting molten material and regrind, and to a device for granulating and comminuting blast furnace slag, clinker or the like, in which molten slag is cooled with water to form a glass phase.
  • Molten blast furnace slag is usually granulated with the help of water in order to obtain an amorphous product which is in the glass phase, i.e. a metastable phase.
  • a product can be added to cements as a hydraulically active component. With such a procedure, the heat of fusion of the melt flow is converted into a low-temperature heat of water and cannot be used any further.
  • the heat of slag melting is used thermodynamically and technically only to a very small fraction, the energy originally contained being used essentially to convert the energy originally contained in the form of the metastable Save the glass phase of the end product, and prevent conversion to a stable crystalline state.
  • the invention now aims to provide a method of the type mentioned at the outset with which the heat of fusion of slags is thermodynamically significantly better to use and to design the usually required grinding effort in the event of further use as a cement aggregate or for grinding clinker for the production of cement in terms of energy efficiency.
  • the object of the inventive method is essentially that the melt is brought into a mixing chamber with compressed air, that water, steam and / or air / water mixtures are injected into the mixing chamber and that the evaporated water together with the solidified slag
  • a diffuser is ejected.
  • the fact that the melt is introduced into a mixing chamber with compressed air and water, water vapor and / or air / water mixtures are injected into the mixing chamber results in a rapidly expanding dispersion of solidifying molten material, whereby
  • the expanding gas stream is expelled through a diffuser.
  • the gas flow entrains the particles solidified into amorphous slag glass with an extreme increase in volume, the thermal energy being converted into kinetic energy which causes a directed flow of the formed
  • the pressure in the mixing chamber essentially corresponds to the flow losses of the strongly superheated steam formed.
  • the heat of the slag is mainly converted into flow energy, and the amorphous slag
  • the high kinetic energy can subsequently be used directly for the comminution of oversize grain, for which the method is advantageously carried out in such a way that the exit jet of the diffuser hits a baffle plate or an exit jet
  • n of another diffuser is directed. Due to the collision with further particle streams flowing out with high kinetic energy, or else with a baffle plate, the kinetic energy is used to reduce the energy expenditure for the grinding process, and there is thus a much more extensive use of those contained in the melt Heat than was the case with known methods. Due to the rapid increase in volume and the resulting expansion in the direction of the outlet opening of the steam diffuser, a negative pressure can be formed in the region of the maximum flow rate, so that the metering of additives is made possible here using an injector effect. The process according to the invention is thus advantageously carried out in such a way that further regrind or additives are introduced between the mixing chamber and the diffuser via an injector.
  • the heterogeneous fluid which consists of a mixture of water vapor and solid particles, flows through the steam diffuser, whereby the flow velocity is reduced accordingly in order to avoid uncontrolled further expansion after the diffuser ignition, the process is advantageously carried out in such a way that the exit velocity of the steam jet from the diffuser is set to be less than the speed of sound.
  • the steam formed in the process according to the invention has a significantly higher temperature level than conventional slag granulating devices, and the steam temperature can be recovered in a conventional manner.
  • the procedure is such that the steam formed is drawn off and passed through a heat exchanger, and that the condensate is returned to the mixing chamber, so that the water used can also be circulated.
  • the device according to the invention consists essentially in that a line for molten slag is connected to a mixing chamber, that lines for water, water vapor and / or water / air mixtures open into the mixing chamber, that a diffuser is connected to the mixing chamber, and that the outlet opening baffles or further outlet openings for accelerated particles, the axis of which intersect the axis of the outlet opening of the diffuser, are arranged.
  • the blast furnace slag granulate formed can with such a device not only in the amorphous glass phase are solidified, but at the same time, using the kinetic energy resulting from the thermal energy by conversion, are comminuted to such an extent that a further grinding process can be omitted.
  • the thermodynamic energy of the slag melt is thus also immediately used for the grinding process.
  • the device according to the invention is further developed so that the line for molten slag over
  • the water jet can be pushed radially into the mixing chamber, for example.
  • the design is such that an injector chamber with a smaller effective cross-section than the outlet opening of the diffuser is arranged between the mixing chamber and the diffuser, to which a line for further regrind or additives is connected, so that under
  • the design is advantageously made such that a steam suction device is arranged after the outlet opening of the diffuser, the steam suction line with at least one heat exchanger connected to what that
  • FIG. 1 denotes a slag melting vessel, from which a slag melt 2 is drawn off via a tap opening 3.
  • the tap opening 3 opens via an annular nozzle 4 into a mixing chamber 5 of the device according to the invention for granulating and comminuting the slag, which is designated 6 overall.
  • Compressed air is introduced into the ring nozzle 4 via an external annular channel 7, as a result of which a homogeneous dispersion of the slag jet in the mixing chamber 5 is achieved.
  • Lines 8 for pressurized water also lead to the c mixing chamber 5.
  • the pressure water pushed into the mixing chamber 5 via the lines 8 expands at high speed and can flow out in the direction of the arrow 9.
  • flow energy is imparted to the granulated particles, so that the particle stream with the steam can leave the outlet opening 10 of a steam diffuser 11 at high speed and thus high kinetic energy of the particles contained.
  • a storage container 14 is provided for the metered introduction of additives or additives, and a dosing screw 15 is arranged in the feed channel to the injector chamber.
  • a further diffuser mouth 16 of a further steam diffuser 17 is indicated schematically, to which another device, essentially the same as the device 6, is connected.
  • the axes 18 and 19 of the particle streams leaving the diffusers 11 and 17 intersect one another in a granulate comminution section, indicated schematically by 20, whereby an intensive conversion of kinetic energy as grinding energy takes place, whereby the particles are further comminuted.
  • the baffle plate designated by 21 also serves the same purpose, onto which the particle streams, possibly deflected by particles from the second unit in each case, impact and are comminuted using the remaining kinetic energy.
  • the ground material designated 22 can be used directly as cement or cement aggregate, oversize which may still be present can be returned to the injector chamber 12 via the line 13.

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Abstract

Zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material und Mahlgut wird vorgeschlagen, die Schmelze in eine Mischkammer (5) unter Druck einzubringen und in die Mischkammer (5) Druckwasser, Dampf oder Wasser/Dampfgemische über Leitungen (8) einzudüsen. Durch die rasche Expansion wird ein Druck aufgebaut, der über einen Diffusor (11) zum Ausstoß der erstarrten Partikel führt, wobei die kinetische Energie der Teilchen zur Zerkleinerung genützt werden kann.

Description

Nerfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material und Mahlσut sowie Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Nerfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material und Mahlgut, sowie auf eine Einrichtung zum Granulieren und Zerkleinern von Hochofenschlacke, Klinker od.dgl., bei welcher schmelzflüssige Schlacke mit Wasser unter Ausbildung einer Glasphase abgekühlt wird.
Schmelzflüssige Hochofenschlacke wird überlicherweise mit Hil¬ fe von Wasser granuliert, um ein amorphes Produkt zu erhalten, welches in der Glasphase, d.h. einer metastabilen Phase er- starrt. Nach einem Mahlvorgang kann ein derartiges Produkt als hydraulisch aktive Komponente Zementen zugemischt werden. Die Schmelzwärme des Schmelzflusses wird bei einer derartigen Ver¬ fahrensweise in eine Niedertemperaturwärme von Wasser überge¬ führt und ist nicht weiter nutzbar.
Auch bei der Abkühlung von schmelzflüssigen Stahlschlacken wird üblicherweise die Wärme über Strahlungs- und Konvektions- vorgänge mit der Umgebungsluft gekühlt. Auch eine derartige Abwärme ist technisch nicht ohne weiteres nutzbar.
Insgesamt wird bei allen bekannten Granulations- bzw. Abkühl¬ verfahren für Schlacken die Schlackenschmelzwärme thermody- namisch und technisch nur zu einem überaus geringen Bruchteil ausgenützt, wobei die ursprünglich enthaltene Energie im we¬ sentlichen dafür verwendet wird, die ursprünglich enthaltene Energie in Form der metastabilen Glasphase des Endproduktes zu speichern, und eine Umwandlung in einen stabilen kristallinen Zustand zu verhindern.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem es gelingt, die Schmelzwärme von Schlacken thermodynamisch wesentlich besser zu nutzen und den überlicherweise erforderlichen Mahlaufwand für den Fall einer Weiterverwendung als Zementzuschlagstoff bzw. für das Aufmahlen von Klinker für die Herstellung von Zement energetisch günstiger zu gestalten. Zur Lösung dieser
5 Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß die Schmelze mit Preßluft in eine Mischkammer ein¬ gebracht wird, daß in die Mischkammer Wasser, Wasserdampf und/oder Luft-/Wassergemische eingedüst werden und daß das verdampfte Wasser gemeinsam mit der erstarrten Schlacke über
10 einen Diffusor ausgestoßen wird. Dadurch, daß die Schmelze mit Preßluft in eine Mischkammer eingebracht wird und in die Mischkammer Wasser, Wasserdampf und/oder Luft-/Wassergemische eingedüst werden, entsteht eine sich rasch expandierende Dispersion von erstarrendem schmelzflüssigem Material, wobei
15 der expandierende Gasstrom über einen Diffusor ausgestoßen wird. Der Gasstrom reißt hiebei die zu amorphem Schlackenglas erstarrten Partikel unter extremer Volumszunahme mit sich, wobei die thermische Energie in eine kinetische Energie umgewandelt wird, welche eine gerichtete Strömung des gebil-
20 deten granulierten Materials ermöglicht. Der Druck in der Mischkammer entspricht hiebei im wesentlichen den Strö¬ mungsverlusten des gebildeten, stark überhitzten Wasser¬ dampfes. Die Schlackenwärme wird hauptsächlich in Strömungs¬ energie umgewandelt, und es werden die amorphen Schlacken-
25 glaspartikel mit der Strömung mitgerissen. Die hohe kinetische Energie kann in der Folge unmittelbar für die Zerkleinerung von zu großem Korn herangezogen werden, wofür mit Vorteil das Verfahren so durchgeführt wird, daß der Austrittsstrahl des Diffusors gegen eine Prallplatte oder einen Austrittsstrahl
_,n eines weiteren Diffusors gerichtet wird. Durch die Kollision mit weiteren mit hoher kinetischen Energie ausströmenden Partikelströmen, oder aber mit einer Prallplatte, erfolgt eine Ausnutzung der kinetischen Energie zur Verringerung des Ener¬ gieaufwandes für den Mahlvorgang, und es erfolgt somit eine wesentlich weitergehende Nutzung der in der Schmelze enthal- 35 tenen Wärme, als dies mit bekannten Verfahren der Fall war. Aufgrund der raschen Volumszunähme und der daraus resul¬ tierenden Expansion in Richtung der Austrittsöffnung des Dampfdiffusors kann im Bereich der maximalen Strömungs¬ geschwindigkeit ein Unterdruck ausgebildet werden, sodaß an dieser Stelle die Dosierung von Additiven unter Ausnutzung einer Injektorwirkung ermöglicht wird. Mit Vorteil wird somit das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß zwischen Mischkammer und Diffusor über einen Injektor weiteres Mahlgut oder Additive eingebracht werden. Im Anschluß hieran durch- strömt das heterogene Fluid, welches aus einem Gemisch von Wasserdampf und Feststoffpartikeln besteht, den Dampfdiffusor, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend reduziert wird, um ein unkontrolliertes Weiterexpandieren nach der Diffusor ündung zu vermeiden, wird mit Vorteil das Verfahren so durchgeführt, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Dampf- Strahles aus dem Diffusor kleiner als die Schallgeschwin¬ digkeit eingestellt wird.
Der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildete Dampf besitzt ein gegenüber herkömmlichen Schlackengranulierein- richtungen wesentlich höheres Temperaturniveau, und die Dampf- temperatur kann in konventioneller Weise rückgewonnen werden. Mit Vorteil wird hiezu so vorgegangen, daß der gebildete Dampf abgezogen und über einen Wärmetauscher geführt wird, und daß das Kondensat der Mischkammer rückgeführt wird, sodaß auch das verwendete Wasser im Kreislauf geführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht im wesentlichen darin, daß eine Leitung für schmelzflüssige Schlacke mit einer Mischkammer verbunden ist, daß in die Mischkammer Leitungen für Wasser, Wasserdampf und/oder Wasser-/Luftgemische münden, daß an die Mischkammer ein Diffusor angeschlossen ist, und daß an die Austrittsöffnung Prallfächen oder weitere Austritts¬ öffnungen für beschleunigte Teilchen, deren Achse die Achse der Austrittsöffnung des Diffusors schneiden, angeordnet sind. Das gebildete Hochofenschlackegranulat kann mit einer der¬ artigen Einrichtung nicht nur in der amorphen Glasphase erstarrt werden, sondern auch gleichzeitig unter Ausnutzung der aus der thermischen Energie durch Umwandlung entstandenen kinetischen Energie soweit zerkleinert werden, daß ein weiterer Mahlvorgang entfallen kann. Es wird somit unmittelbar 5 die thermodynamische Energie der Schlackenschmelze auch für den Mahlvorgang nutzbar gemacht.
Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Einrichtung so weiter¬ gebildet, daß die Leitung für schmelzflüssige Schlacke über
10 einen mit Preßluft beaufschlagbaren Düsenstock mit Ringdüsen in die Mischkammer mündet, wodurch eine bessere Dispersion in der Mischkammer, welche als Granulierverdampfer ausgebildet ist, erzielt werden kann. Die feine Dispersion, die durch die Beaufschlagung mit Preßluft erzielt wird, erlaubt es,
15 wesentlich einfachere Einrichtungen für das Einbringen von Druckwasser bzw. Dampf vorzusehen, wobei der Wasserstrahl beispielsweise radial in die Mischkammer eingestoßen werden kann.
20 Mit Vorteil ist die Ausbildung so getroffen, daß zwischen Mischkammer und Diffusor eine Injektorkammer mit gegenüber der Austrittsöffnung des Diffusors geringerem wirksamen Querschnitt angeordnet ist, an welche eine Leitung für weiteres Mahlgut oder Additive angeschlossen ist, sodaß unter
25 Ausnutzung der Injektorwirkung unmittelbar ein Ansaugen oder ein dosiertes Einbringen von Additiven oder weiterem Mahlgut in die erfindungsgemäße Einrichtung möglich wird.
Für die Rückgewinnung der fühlbaren und latenten Wärme des 30 Dampfes und für die Führung des für die Granulation erfor¬ derlichen Wassers im Kreislauf ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß nach der Austrittsöffnung des Diffusors eine Dampfabsaugeinrichtung angeordnet ist, die Dampfabsaugleitung mit wenigstens einem Wärmetauscher verbunden ist, worauf das
- ό,,b- Kondensat über eine Pumpe der Mischka mer rückführbar ist. Gerade die Möglichkeit, innerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung aufgrund der hohen kinetischen Energie einen Mahl¬ vorgang mit der kinetischen Energie der Teilchen vorzunehmen, bietet den besonderen Vorteil, daß ggf. noch verbleibendes Überkorn im Kreislauf in die erfindungsgemäße Einrichtung zur weiteren Zerkleinerung rückgeführt wird. Zu diesem Zweck kann die bereits oben erwähnte Injektorwirkung in vorteilhafter Weise ausgnützt werden, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, daß dem Diffusor eine Sieb- oder Sichtein- 0 richtung nachgeschaltet ist und daß der Siebüberlauf bzw. das Überkorn über eine Fördereinrichtung in die Injektionskammer rüc führbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung 5 schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu¬ tert. In der Zeichnung ist mit 1 ein Schlackenschmelzgefäß be¬ zeichnet, aus welchem eine Schlackenschmelze 2 über eine Ab¬ stichöffnung 3 abgezogen wird. Die Abstichöffnung 3 mündet über eine Ringdüse 4 in eine Mischkammer 5 der erfindungs- 0 gemäßen Einrichtung zum Granulieren und Zerkleinern der Schlacke, welche insgesamt mit 6 bezeichnet ist. In der Ring¬ düse 4 wird über einen außenliegenden ringförmigen Kanal 7 Preßluft eingebracht, wodurch eine homogene Dispersion des Schlackenstrahles in der Mischkammer 5 erzielt wird. An die c Mischkammer 5 münden weiters Leitungen 8 für Druckwasser. Das über die Leitungen 8 in die Mischkammer 5 eingestoßene Druck¬ wasser expandiert mit hoher Geschwindigkeit und kann in Rich¬ tung des Pfeiles 9 ausströmen. Bei diesem Ausströmvorgang in Richtung des Pfeiles 9 wird den granulierten Teilchen Strδ- « mungsenergie mitgegeben, sodaß der Teilchenstrom mit dem Dampf die Austrittsöffnung 10 eines Dampfdiffusors 11 mit hoher Geschwindigkeit, und damit hoher kinetischer Energie der ent¬ haltenen Teilchen verlassen kann. Auf dem Weg zwischen Misch¬ kammer 5 und dem Dampfdiffusor 11 ist ein Bereich 12 mit ver¬ ringertem Querschnitt vorgesehen, in welchem sich bei gleich¬ zeitig maximaler Strömungsgeschwindigkeit ein Unterdruck aus¬ bilden kann, sodaß über eine Leitung 13 weiteres Mahlgut oder Zuschlagstoffe bzw. Additive nach dem Injektorprinzip ange¬ saugt werden können. Zur dosierten Einbringung von Zuschlag¬ stoffen bzw. Zumahlstoffen ist ein Vorratsbehälter 14 vorge¬ sehen, und es ist eine Dosierschnecke 15 im Zufuhrkanal zur Injektorkammer angeordnet.
Am Mündungsende 10 des Dampfdiffusors ist eine weitere Diffu- sormündung 16 eines weiteren Dampfdiffusors 17 schematisch an¬ gedeutet, an welche sich eine weitere, der Einrichtung 6 im wesentlichen gleiche Einrichtung anschließt. Die Achsen 18 und 19 der die Diffusoren 11 bzw. 17 verlassenden Partikelströme schneiden einander in einer schematisch mit 20 angedeuteten GranulatZerkleinerungssektion, wodurch eine intensive Umset¬ zung von kinetischer Energie als Mahlenergie erfolgt, wodurch die Partikel weiter zerkleinert werden. Dem gleichen Zweck dient auch die mit 21 bezeichnete Prallplatte, auf welche die Partikelströme ggf. durch Partikel aus der jeweils zweiten Einheit abgelenkt aufprallen und unter Ausnutzung des verblei¬ benden Restes an kinetischer Energie zerkleinert werden.
Das mit 22 bezeichnete Mahlgut kann nach erfolgter Siebung unmittelbar als Zement oder Zementzuschlagstoff eingesetzt werden, wobei ggf. noch vorhandenes Überkorn über die Leitung 13 in die Injektorkammer 12 rückgeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelz¬ flüssigem Material und Mahlgut (22), wobei die Schmelze in
5 eine Mischkammer (5) eingebracht wird, in die Mischkammer (5) Wasser, Wasserdampf und/oder Luft-/Wassergemische eingedüst werden und das verdampfte Wasser gemeinsam mit der erstarrten Schlacke über einen Diffusor (11) ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze unter Druck in die Misch-
10 kammer eingebracht wird und der Austrittsstrahl des Diffusors (11) gegen eine Prallplatte (21) oder einen Austrittsstrahl eines weiteren Diffusors (17) gerichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwi- 15 sehen Mischkammer (5) und Diffusor über einen Injektor wei¬ teres Mahlgut (22) oder Additive eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gebildete Dampf abgezogen und über einen Wärmetauscher
20 geführt wird, und daß das Kondensat der Mischkammer (5) rück¬ geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit des DampfStrahlers
25 aus dem Diffusor (11) kleiner als die Schallgeschwindigkeit eingestellt wird.
5. Einrichtung zum Granulieren und Zerkleinern von Hoch¬ ofenschlacke, Klinker od.dgl., bei welcher schmelzflüssige go Schlacke mit Wasser unter Ausbildung einer Glasphase abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (13) für schmelzflüssige Schlacke mit einer Mischkammer (6) verbunden ist, daß in die Mischkammer (6) Leitungen für Wasser (8) , Wasserdampf und/oder Wasser-/Luftgemische münden, daß an die
-.- Mischkammer (6) ein Diffusor (11) angeschlossen ist, und daß an die Austrittsöffnung (10) Prallfächen (21) oder weitere Austrittsöffnungen (16) für beschleunigte Teilchen, deren Ach- se die Achse (18) der Austrittsöffnung (10) des Diffusors (11) schneiden, angeordnet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (3) für schmelzflüssige Schlacke (2) über einen mit Preßluft beaufschlagbaren Düsenstock mit Ringdüsen (4) in die Mischkammer mündet.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mischkammer (5) und Diffusor (11) eine Injektorkammer (12) mit gegenüber der Austrittsöffnung (10) des Diffusors (11) geringerem wirksamen Querschnitt ange¬ ordnet ist, an welche eine Leitung (13) für weiteres Mahlgut oder Additive angeschlossen ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Austrittsöffnung (10) des Dif¬ fusors (11) eine Dampfabsaugeinrichtung angeordnet ist, die Dampfabsaugleitung mit wenigstens einem Wärmetauscher ver- bunden ist, worauf das Kondensat über eine Pumpe der Misch¬ kammer (5) rückführbar ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Diffusor (11) eine Sieb- oder Sicht- einrichtung nachgeschaltet ist und daß der Siebüberlauf bzw. das Überkorn über eine Fördereinrichtung in die Injektions¬ kammer (12) rückführbar ist.
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