WO1999042623A1 - Verfahren zum granulieren und zerkleinern von flüssigen schlacken sowie einrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zum granulieren und zerkleinern von flüssigen schlacken sowie einrichtung zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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Alfred Edlinger
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Definitions

  • the invention relates to a method for granulating and comminuting liquid slags, in particular blast furnace slags, with water, in which a pressure water jet is directed into the slag, and a device for carrying out this method comprising a slag container for liquid slag, which has an outlet opening for the has liquid slag.
  • a method for granulating and comminuting molten material is described, for example, in AT-B 400 140.
  • melt was introduced into a mixing chamber under pressure, with pressurized water vapor or water-steam mixtures being injected into the mixing chamber.
  • An education for the implementation of this procedure comprised a multi-component nozzle, whereby due to the rapid expansion a pressure was built up which led to the ejection of the solidified particles via a diffuser.
  • the kinetic energy of the particles was used for comminution, for which purpose, for example, baffle plates were arranged after the diffuser or the exit jet of the diffuser was directed against the exit jet of another diffuser.
  • the invention now aims to further develop a device of the type mentioned at the outset in such a way that the handling of the slag is considerably simplified and that conventional devices in the area of the slag task can be used.
  • the method according to the invention aims to ensure high comminution performance in a small space already during granulation, and to create a granulate which can be ground or comminuted with less additional energy than would be the case with conventional granules.
  • the method according to the invention essentially consists in that gases, in particular 02, air and / or oxygen-inert gas mixtures are dissolved in the slag before being discharged with the pressurized water jet and that iron parts of the slag are oxidized quantitatively, that the slag with the pressure of the pressurized water is pressed out through a slag opening and is expelled as a jacket of the pressurized water jet.
  • the handling is designed in that the slag is present in a slag channel or slag pan without prior introduction into a pressure-resistant vessel the slag compared to known proposals substantially simpler, whereby in that a pressurized water jet is pressed into the slag coaxially with the slag outlet from the slag container, the water jet over a distance corresponding to the pressure of, for example, about 0.5 to 1.5 m deep immersed in the slag stream.
  • a kind of "water soul” is formed over the water jet penetration path, the evaporation of this "water soul” occurring with a short delay, which is sufficient, and which is encased with solidifying or at least partially solidified slag To apply the beam.
  • Blast furnace slag to be granulated generally has a low residual pig iron content which, if the process is carried out correctly, is less than 0.5% by weight. If the blast furnace operation is improperly managed, the pig iron content can increase up to 5% by weight.
  • the oxidation of iron fractions by oxygen or air reduces the risk of ⁇ explosions due to the formation of hydrogen gas, whereby the solubility of gases in the slag and, in particular, the saturation of the slag with gases also significantly improve the size reduction effect.
  • a slag particle size of consistently less than 0.1 mm is achieved in this way, and to make matters worse, such a slag can be further comminuted with less effort and less energy consumption due to its porosity due to the suddenly released and originally dissolved gases .
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the pressurized water is introduced at a pressure of 35 to 160 bar. In this way it is ensured that the "water-soul" is formed over a length which is sufficient for the jacketed jet to leave the outlet part of the slag container or a slag tundish safely and for the outlet part to be protected from excessive mechanical stress.
  • a further improvement in the size reduction effect and the granulation can be achieved in that the solidified shell of the slag surrounding the pressurized water jet is cut or split with further pressurized water.
  • a pneumatically conveyable mixture can be achieved directly by the procedure according to the invention, so that following the expansion of the slag particles by collecting these slag particles together with the expanding gases in a expansion vessel, a mixture is provided which can be introduced directly into gas countercurrent mills and a further comminution could be fed.
  • the steam that forms is used as the propellant gas together with the gases that are created by degassing and were originally dissolved in the slag.
  • the sealing problem between a connected expansion vessel and a slag tundish is particularly simple, since a seal can be designed in the manner of a pneumatic seal and remaining leaks as throttle cross sections taking into account the enable high pressure to seal efficiently.
  • the device according to the invention for granulating liquid slags, in particular blast furnace slags, with water, with a slag container for liquid slag, which has an outlet opening for the liquid slag is essentially characterized in that the slag container is designed as a slag tundish and at the deepest point of the slag tundish nozzles for air, oxygen and / or oxygen / inert gas mixtures are provided that a lance opens into the axis of the slag outlet opening so that the liquid slag is expelled with pressurized water or steam introduced via the lance.
  • the lance provided for introducing pressurized water can be designed as a nozzle lance, it only being necessary to feed the pressurized water in such a way that the "water soul" mentioned at the outset is formed in the area of the slag outlet.
  • This can be achieved in a particularly simple manner in that the slag tundish has a tubular, possibly interchangeable outlet part with the slag outlet opening.
  • ring nozzles can be provided in a particularly advantageous manner on the tubular outlet part for the injection of water and / or steam in a direction that is inclined radially or towards the axis of the tubular part in the direction of the outlet end.
  • a further improvement in the cooling parameters and the comminution effect can be achieved in that an expansion vessel is connected to the outlet part, wherein further nozzles for introducing water or steam in the radial and / or tangential direction preferably open into the expansion vessel.
  • Such nozzles opening into an expansion vessel can serve in the event of a junction in the radial direction directly for further comminution and cutting up the slag jet, a kind of cyclone effect being able to be exerted on junction of the additional nozzles in the tangential direction, as a result of which the available reaction space for the Cooling can be better used. The result of this is that the device can be made smaller overall and yet the desired cooling is ensured to the extent required.
  • the discharge opening of the expansion vessel is connected to a mill for further comminution, the downstream mill coaxially with the outlet opening of the expansion vessel having a rotor designed as a centrifugal wheel, a baffle plate or a counterflow nozzle for steam and / or regrind.
  • Jet mills are thus a preferred variant of the use of the granules produced according to the invention, it being possible to take additional measures for energy recovery in the context of such jet mills.
  • the design of the baffle surface as a centrifugal wheel is particularly advantageous, the rotor in the form of a centrifugal wheel itself being able to be used to generate energy.
  • the oversize size that may still remain can be separated off, for example, using a classifier or a cyclone, it being possible for coarse particles to be returned to the process and in particular to the mill.
  • the pneumatically conveyable mixtures can also be introduced horizontally into corresponding conventional countercurrent jet mills using slag injectors.
  • FIG. 1 shows a cross section through part of the granulating device
  • FIG. 2 shows a cross section through a slag tundish with as 2 a modified arrangement of the device according to FIG. 2 with a modified expansion vessel
  • FIG. 4 a horizontal arrangement of the slag granulating device with a counter jet mill connected to the expansion vessel, partly in section
  • FIG. 5 an embodiment with coaxial to the expansion vessel 6 a modified embodiment in which additional grinding flows are introduced into the jet mill
  • FIG. 7 a further modified embodiment of the device according to FIG. 5 with baffles designed as a centrifugal wheel
  • FIG. 8 a plan view on the centrifugal wheel according to FIG. 7.
  • Fig. 1 is designed as a slag tundish container for the slag partially shown in section and designated 1.
  • an outlet part 2 made of a correspondingly mechanically and thermally resistant material is inserted.
  • a water jet 5 with a pressure of about 60 to 100 bar is pressed into the slag bath in the slag melt 3 via a high-pressure water lance 4, a "water or steam soul” 6 being formed in the region of the outlet part 2 and the slag as a jacket 7 this "water soul” is carried out.
  • the slag jet encasing the pressurized water jet arrives in an expansion vessel indicated schematically by 8, the internal pressure of the "water soul” expanding and tearing the jacket.
  • Additional pressurized water nozzles 9 are provided in the area of the inlet into the expansion vessel 8, the supply being effected via a ring line 10.
  • the pressurized water or the water cone is directed onto the jacket 7 of the slag jet and causes it to be broken up and further crushed.
  • the high-pressure water jet also forms a sealing element, which relieves the sealing surfaces in the area of the connection of the outlet 2 to the expansion vessel 8.
  • the complete slag tundish 1 can be seen, a nozzle block 11 being arranged at the deepest point of the tundish, at which a metal bath can accumulate below the slag melt, via which compressed air can be blown in to oxidize residual iron.
  • inert gas can be injected in order to achieve the greatest possible saturation of the slag with gases.
  • the slag itself can be kept molten using a schematic with 12 indicated electrical heating.
  • the "water soul" 6 leads to an explosive expansion of the jacket during evaporation and thus to rapid cooling and comminution. The shredding effect is accelerated by the segregation of the dissolved gases, which occurs explosively with decreasing temperature and thus decreasing gas solubility.
  • a secondary pressure water lance or nozzle 13 also opens into the expansion vessel 8 and sets the disintegrating particles in a rotating cyclone movement, so that intensive cooling over a short drop height is achieved.
  • the steam-slag-granulate mixture with a particle size of about 0.1 mm is drawn off via the outlet opening 14 of the expansion vessel 8 and can be fed directly to a jet mill or another further comminution system.
  • the expansion vessel 8 is not designed as a cyclone. Rather, pressurized water is fed in via a ring line 15 and guided to the wall of the expansion vessel 8 in the manner of a curtain 16. In the area of the collision with the disintegrating particles, a vapor cushion is built up so that the walls of the expansion vessel 8 are effectively cooled and, at the same time, additional steam is generated to form a pneumatically conveyable mixture.
  • the steam-granulate mixture is piped 17 a crushing plant, such as a jet mill, abandoned.
  • the length over which the injected high-pressure water jet 5 is present as a “water soul” in the form covered by the slag is denoted by a in FIG. 3. Following this section a, the "water-soul” is rapidly evaporated, at the same time being intensively assisted by the originally dissolved gas, which is released rapidly as the temperature decreases, with the aid of a comminuting effect.
  • an annular melt slag channel 18 is provided, to which the high pressure water lances 4 are connected laterally.
  • the high-pressure water core is in turn formed via the high-pressure water lances 4, the expansion vessels 8 being connected diametrically opposite one another to a fluidized bed or fluidized bed mill.
  • the jets directed against each other, containing the particles and the steam formed, are guided in the manner of a counter jet mill to a grinding point 20 located inside the mill 19.
  • the ground material is drawn off via a classifier, the classifying wheel of which is designated by 21, via the axis of the wheel 21 which is designated by 22, whereupon steam is condensed. Due to the condensation of steam outside the mill 19, the pressure level can be lowered quickly, so that the shredding performance is further improved by this pressure reduction.
  • ring lines 10 with water nozzles oriented transversely to the slag jet are arranged, the high-pressure water from the ring lines 10 dividing and crushing the slag jacket.
  • a counter jet mill 23 is provided in the vertical direction coaxially with the expansion vessel 8, the counter jet mill 23 being inserted into the counter jet mill 23 from above a steam jet particle mixture flowing in below is supplied with a counter jet via a lance 24 from externally generated steam.
  • the outlet opening of the expansion vessel 8 is designed as a 2-phase nozzle, whereas the lance 24 is designed only as a 1-phase nozzle.
  • the grinding point is again with
  • the expansion vessel 8 again opens into a counter jet mill 23, a negative pressure of about 0.3 to 0.75 bar being set here again by the condensation of the steam outside the mill.
  • diametrically opposed jet nozzles 25 and 26 open, wherein coarse material from a coarse material separation in the separator 27 is fed into the jet nozzle 26 and returned to the mill.
  • a conventional classifier is again provided, the steam condensation carried out outside the mill 23 not being shown for the sake of clarity.
  • the gas in the mill 23 consists of about 75% water vapor and about 25% of the air drawn in.
  • the desired negative pressure in the mill 23 can be additionally reduced by a suction fan (not shown).
  • the gas-particle mixture passes from the expansion vessel 8 into an impact mill 28.
  • the impact mill can contain a stationary impact plate or, as in the case of the embodiment according to FIG. 7, a centrifugal wheel with an impact plate 29.
  • the particle stream sets the centrifugal wheel 29 in motion, the particles being thrown against an annular armor 30 of the mill 28 and being further comminuted.
  • the centrifugal wheel is in plan view in Fig. 8 shown and has wings 31 which cause a direction of rotation 32 of the centrifugal wheel.
  • a generator for generating energy can thus be connected to the rotor, for example, and relatively high speeds of 5,000 to 20,000 rpm can be easily achieved with the centrifugal wheel.
  • the centrifugal wheel can be connected to a drive for extreme fineness of grinding, which increases the impact impulse on the ring-shaped shell of the mill shell.
  • the ground material is in turn drawn off from the mill 28, for example via a classifier, it being possible for a pressure to be reduced to about 0.3 bar by the subsequent steam condensation inside the mill 28.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken, insbesondere Hochofenschlacken mit Wasser, wird in die Schlacke ein Druckwasserstrahl gerichtet und die Schlacke als Mantel (7) des Druckwasserstrahles ausgestoßen. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen Schlackenbehälter für flüssige Schlacke mit einer Austrittsöffnung (2) für die flüssige Schlacke auf, wobei in die Achse der Schlackenaustrittsöffnung eine Lanze (4) mündet, so daß die flüssige Schlacke mit über die Lanze eingebrachtem Druckwasser oder Dampf ausgestoßen wird.

Description

Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken sowie Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken, insbesondere Hochofenschlacken, mit Wasser, bei welchem in die Schlacke ein Druck- Wasserstrahl gerichtet wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfassend einen Schlackenbehälter für flüssige Schlacke, welcher eine Austrittsöffnung für die flüssige Schlacke aufweist.
Ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material ist beispielsweise in der AT-B 400 140 beschrieben. Bei dieser bekannten Verfahrensweise wurde Schmelze in eine Mischkammer unter Druck eingebracht, wobei in die Mischkammer Druckwasserdampf oder Wasser-Dampf-Gemische einge- düst wurden. Eine Ausbildung für die Durchführung dieser Verfahrensweise umfaßte eine Mehrstoffdüse, wobei bedingt durch die rasche Expansion ein Druck aufgebaut wurde, der über einen Diffusor zum Ausstoß der erstarrten Partikel führte. Die kinetische Energie der Teilchen wurde zur Zerkleinerung genutzt, wofür im Anschluß an den Diffusor beispielsweise Prallplatten angeordnet wurden oder aber der Austrittsstrahl des Diffusors gegen den Austrittsstrahl eines weiteren Diffusors gerichtet wurde.
Neben dem Wassergranulieren sind auch bereits Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchen die Schlacken auf eine geringe Schlackenhöhe bzw. -dicke aufgebreitet wurden und mit Luft oder Preßluft erstarrt wurden.
Mit diesen bekannten Verfahren sind Granulate mit Korngrößen von etwa 2 bis 6 mm erzielt worden, sofern der anlagentechnische Aufwand und insbesondere die Größe der Anlage nicht überproportional ansteigen soll . Für die weitere Zerkleinerung des Materials wurden unterschiedliche Mühlentypen und insbe- sondere bereits Strahlmühlen vorgeschlagen. Voraussetzung für die Verwendbarkeit von Strahlmühlen ist allerdings, daß das Granulat in einer pneumatisch förderbaren Form vorliegt.
ERSATZBLÄTT(REGEL 26) In der österreichischen Anmeldung A 1826/97 wurde bereits vorgeschlagen, die flüssige Schlacke durch einen Schlackenzer- stäuber zu fördern, in welchem die flüssige Schlacke mit Druckwasser beaufschlagt wurde. Die flüssige Schlacke gelangte hiebei aus einem druckfesten Raum im freien Fall in den Bereich des Schlackenzerstäubers und wurde durch im wesentlichen radial gerichtetes Druckwasser granuliert. Das auf diese Weise erzeugte Granulat wurde gemeinsam mit Dampf sowie gegebenenfalls zusätzlichem Dampf oder zusätzlichen Treibgasen unmit- telbar in eine Gegenstrommühle gefördert. Auch nach einer derartiger Ausbildung wurde die eigentliche Zerkleinerungsarbeit in der Mühle geleistet, wobei die flüssige Schlacke in einen druckfest verschließbaren Behälter eingebracht werden mußte bevor sie im freien Strahl in die Granuliereinrichtung ver- bracht werden kann.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Handhabung der Schlacke wesentlich vereinfacht wird und mit kon- ventionellen Einrichtungen im Bereich der Schlackenaufgabe das Auslangen gefunden werden kann. Gleichzeitig zielt das erfindungsgemäße Verfahren darauf ab, auf geringem Raum eine hohe Zerkleinerungsleistung bereits bei der Granulation sicherzustellen, und ein Granulat zu schaffen, welches mit geringerer weiterer Energie gemahlen bzw. weiter zerkleinert werden kann als dies bei konventionellen Granulaten der Fall wäre.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß in der Schlacke vor dem Aus- bringen mit dem Druckwasserstrahl Gase, insbesondere 02 , Luft und /oder Sauerstoff-Inertgasgemische gelöst werden und daß Eisenanteile der Schlacke quantitativ oxidiert werden, daß die Schlacke mit dem Druck des Druckwassers über eine Schlackenöffnung ausgepreßt wird und als Mantel des Druckwasserstrahles ausgestoßen wird. Dadurch, daß die Schlacke ohne vorheriges Einbringen in ein druckfestes Gefäß in einer Schlackenrinne oder Schlackenpfanne vorliegt, gestaltet sich die Handhabung der Schlacke im Vergleich zu bekannten Vorschlägen im wesentlichen einfacher, wobei dadurch, daß in die Schlacke koaxial mit dem Schlackenaustritt aus dem Schlackenbehälter ein Druckwasserstrahl eingepreßt wird, der Wasserstrahl über eine dem Druck entsprechende Strecke von beispielsweise etwa 0,5 bis 1,5 m tief in den Schlackenstrahl eintaucht. Es wird auf diese Weise über die Wasserstrahl-Eindring-Strecke eine Art "Wasser- Seele" ausgebildet, wobei die Verdampfung dieser "Wasser- Seele" mit einer kurzen Verzögerung eintritt, welche aus- reicht, den mit erstarrender oder zumindest teilweise erstarrter Schlacke ummantelten Strahl auszubringen. An einen derartigen Austrag werden relativ geringe mechanische Anforderungen gestellt, wobei der Schlackenaustritt im Vergleich zu komplizierten Mehrstoffdüsen wesentlich einfacher gestaltet werden kann. Unmittelbar im Anschluß an den Austritt des mit einer "Wasser-Seele" ausgebrachten Schlackenstrahles setzt nun das Sieden sowie die schlagartige, explosionsartige Verdampfung des Wassers ein, wobei die Kinetik des eingedrungenen Wasserstrahles relativ hohe Gegendrücke überwindet. Bei der explosionsartigen Aufweitung des Strahles bei Temperaturen von etwa 800 bis 1200°C wird ein hohes Maß an Zerkleinerung bei gleichzeitig glasiger Erstarrung des Granulates gewährleistet.
Zu granulierende Hochofenschlacke weist in der Regel einen geringen Restroheisengehalt auf, welcher bei korrekter Verfahrensführung unter 0,5 Gew.-% liegt. Bei unsachgemäßer Führung des Hochofenbetriebes kann aber der Roheisengehalt auf bis zu 5 Gew.-% ansteigen. Die Oxidation von Eisenanteilen durch Sauerstoff bzw. Luft verringert ■ hiebei die Gefahr von Explosi- onen durch Wasserstoffgasbildung, wobei zusätzlich durch die Löslichkeit von Gasen in der Schlacke und insbesondere durch die Sättigung der Schlacke mit Gasen eine bedeutende Verbesserung des Zerkleinerungseffektes eintritt. Die Löslichkeit von Gasen nimmt mit fallender Schlackentemperatur stark ab, sodaß im Bereich der schlagartigen Abkühlung durch den Druckwasserstrahl zusätzlich eine explosionsartige Entmischung der gelösten Gase durch die sinkende Schlackentemperatur und damit die rasche Abnahme der Sättigungskonzentration von Gasen in der flüssigen Schlacke beobachtet wird. Die auf diese Weise aus der sich verfestigenden Schlacke freigesetzten Gase expandieren aufgrund der relativ hohen Temperaturen heftig, wodurch eine verbesserte Desintegration der Schlackenpartikel beobachtet wird. Beispielsweise entstehen bei Umgebungsdruck und 1000°C durch eine derartige Freisetzung von gelöster Luft etwa 11,2 m3 Luft bzw. Stickstoff/t Schlacke, wobei der innere Schlackengasdruck vermutlich einige 100 bar bis über 1000 bar betragen kann. Insgesamt wird auf diese Weise unmittelbar eine Schlackenpartikelgröße von durchwegs unter 0,1 mm erzielt, wobei eine derartige Schlacke zu allem Überfluß aufgrund ihrer Porosität durch die schlagartig freigesetzten und ursprünglich gelösten Gase in der Folge mit geringerem Aufwand und gerin- gerem Energieverbrauch weiter zerkleinert werden kann.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß das Druckwasser unter einem Druck von 35 bis 160 bar eingebracht wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die "Wasser-Seele" über eine Länge ausgebildet wird, welche ausreicht, daß der ummantelte Strahl den Auslaßteil des Schlackenbehälters bzw. eines Schlackentundish sicher verläßt und der Auslaßteil vor übermäßiger mechanischer Beanspruchung geschützt wird.
Eine weitere Verbesserung der Zerkleinerungswirkung und der Granulation läßt sich dadurch erzielen, daß der erstarrte Mantel der den Druckwasserstrahl umgebenden Schlacke mit weiterem Druckwasser zerschnitten bzw. zerteilt wird.
Prinzipiell kann . durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise unmittelbar ein pneumatisch förderbares Gemisch erzielt werden, sodaß im Anschluß an die Expansion der Schlackenpartikel durch Sammeln dieser Schlackenpartikel gemeinsam mit den expandierenden Gasen in einem Expansionsgefäß eine Mischung bereitgestellt wird, welche unmittelbar in Gasgegenstrommühlen eingebracht werden kann und einer weiteren Zerkleinerung zugeführt werden könnte. Als Treibgas kommt hiebei der sich bildende Dampf gemeinsam mit den durch Entgasung entstehenden, ursprünglich in der Schlacke gelösten Gasen zum Einsatz. Insbesondere bei Verwendung von zusätzlichen Druckwasser- strahlen zum Zerschneiden bzw. Zerteilen des Strahles gestaltet sich auch das Dichtungsproblem zwischen einem angeschlossenen Expansionsgefäß und einem Schlackentundish besonders einfach, da hier eine Dichtung nach Art einer pneumatischen Dichtung ausgebildet werden kann und verbleibende Undichtheiten als Drosselquerschnitte unter Berücksichtigung der hohen Drucke eine effiziente Abdichtung ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Granulieren von flüssigen Schlacken, insbesondere Hochofenschlacken, mit Wasser, mit einem Schlackenbehälter für flüssige Schlacke, welcher eine Austrittsöffnung für die flüssige Schlacke aufweist, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenbehälter als Schlackentundish ausgebildet ist und daß an der tiefsten Stelle des Schlackentundish Düsen für Luft, Sauerstoff und/oder Sauerstoff/Inertgasgemische vorgesehen sind, daß in die Achse der Schlackenaustrittsoffnung eine Lanze mündet, sodaß die flüssige Schlacke mit über die Lanze eingebrachtem Druckwasser oder Dampf ausgestoßen wird. Die für das Einbringen von Druckwasser vorgesehene Lanze kann als Düsenlanze ausgebildet sein, wobei es lediglich erforderlich ist, das Druckwasser in einer Weise einzuspeisen, daß die eingangs genannte "Wasser-Seele" im Bereich des Schlackenaustrittes ausgebildet wird. In besonders einfacher Weise kann dies dadurch erzielt werden, daß der Schlackentundish einen rohrförmigen, ggf. austauschbaren, Auslassteil mit der Schlackenaustrittsoffnung aufweist. Durch die Ausbildung des Schlackenbehälters als Schlackentundish, bei welchem an der tiefsten Stelle Düsen für Luft, Sauerstoff und/oder Sauerstoff/Inertgasgemische vorgesehen sind, wird eine weitestgehende Sättigung der flüssigen Schlacke mit Gasen und eine quantitative Oxidation von Rest¬ eisenanteilen erreicht. Zur weiteren Zerkleinerung und Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit können in besonders vorteilhafter Weise an dem rohrförmigen Auslaßteil Ringdüsen für das Einpressen von Wasser und/oder Dampf in radialer oder zur Achse des rohr- förmigen Teiles in Richtung zum Auslassende geneigter Richtung vorgesehen sein.
Eine weitere Verbesserung der Abkühlungsparameter und der Zerkleinerungswirkung läßt sich dadurch erzielen, daß an den Auslaßteil ein Expansionsgefäß angeschlossen ist, wobei vorzugsweise in das Expansionsgefäß weitere Düsen für das Einbringen von Wasser oder Dampf in radialer und/oder tangen- tialer Richtung münden. Derartige in ein Expansionsgefäß mündende Düsen können im Falle einer Einmündung in radialer Richtung unmittelbar der weiteren Zerkleinerung und dem Zerschneiden des Schlackenstrahles dienen, wobei bei einer Einmündung der zusätzlichen Düsen in tangentialer Richtung eine Art Zykloneffekt ausgeübt werden kann, wodurch der zur Verfügung stehende Reaktionsraum für die Abkühlung besser genützt werden kann. Dies hat zur Folge, daß man die Einrichtung insgesamt kleiner bauen kann und dennoch die gewünschte Abkühlung in dem geforderten Ausmaß sichergestellt ist.
In besonders einfacher Weise ist für die weitere Zerkleinerung die Austragsöffnung des Expansionsgefäßes mit einer Mühle verbunden, wobei in einfacher Weise die nachgeschaltete Mühle koaxial zur Austrittsöffnung des Expansionsgefäßes einen als Schleuderrad ausgebildeten Rotor, eine Prallplatte oder eine Gegenstromdüse für Dampf und/oder Mahlgut aufweist.
In Vergleichsversuchen hat es sich gezeigt, daß eine auf die erfindungsgemäße Weise schlagartig entgaste Schlacke eine bedeutend geringere spezifische Mahlarbeit als nicht gasbehandelte Schlacken erfordert. Bei einer Zielfeinheit von etwa 6500 Blaine benötigt beispielsweise eine "gasfreie" Schlacke eine spezifische Mahlarbeit von ca. 120 KWh/ 1schlacke • D;Le ur die erfindungsgemäße Weise zunächst mit Gas gesättigte und im Anschluß entgaste Schlacke erfordert für die gleiche Mahlfeinheit unter 50 KWh/tschlacke- Überraschenderweise wurde weiters gefunden, daß im Falle von Mischzement beim Einsatz von etwa 60 Gew.-% Schlacke und 40 Gew.-% Klinker sowie Gips die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens granulierte und zerkleinerte Schlacke zu einer erhöhten Anfangsfestigkeit gegenüber konventionell granulierten Schlacken führt.
Mit Rücksicht auf die hohen, bei der Expansion entstehenden Drücke kann ein Großteil des Druckes in der Folge in Gegen- strommühlen abgebaut werden. Strahlmühlen sind somit eine bevorzugte Variante der Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Granulates, wobei im Rahmen derartiger Strahlmühlen zusätzliche Maßnahmen zur Energierückgewinnung gesetzt werden können. Insbesondere ist es möglich, im Mahlraum unter unteratmosphärischem Druck zu arbeiten, wenn der eingebrachte Wasserdampf extern kondensiert wird, wodurch die rasche Druckabsenkung erzielt werden kann. Neben der Verwendung von Prallplatten ist, wie oben erwähnt, die Ausbildung der Prallfläche als Schleuderrad besonders vorteilhaft, wobei der als Schleuderrad ausgebildete Rotor selbst wiederum zur Energiegewinnung herangezogen werden kann. Die gegebenenfalls noch verbleibende Überkorngröße kann beispielsweise über einen Sichter oder einen Zyklon abgetrennt werden, wobei Grobkorn in das Ver- fahren und insbesondere in die Mühle rückgeführt werden kann.
Besonders geringe Baumaße ergeben sich bei vertikaler Anordnung von Expansionsgefäß und nachgeschalteter Mühle. Die pneumatisch förderbaren Gemische lassen sich aber naturgemäß über Schlacken-Injektoren auch horizontal in entsprechende konventionelle Gegenstromstrahlmühlen einbringen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen für erfin- dungsgemäße Einrichtung näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil der Granuliereinrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Schlackentundish mit als Zyklon ausgebildetem Expansionsgefäß, Fig. 3 eine abgewandelte Ausbildung der Einrichtung nach Fig. 2 mit einem modifiziertem Expansionsgefäß, Fig. 4 eine horizontale Anordnung der Schlackengranuliereinrichtung mit an das Expansionsgefäß ange- schlossener Gegenstrahlmühle teilweise im Schnitt, Fig. 5 eine Ausbildung mit koaxial zum Expansionsgefäß in vertikaler Richtung angeschlossener Strahlmühle teilweise im Schnitt, Fig. 6 eine abgewandelte Ausbildung, bei welcher in die Strahlmühlen zusätzlich Mahlströme eingebracht werden, Fig. 7 eine weitere abgewandelte Ausbildung der Einrichtung nach Fig. 5 mit als Schleuderrad ausgebildeten Prallflächen und Fig. 8 eine Draufsicht auf das Schleuderrad nach Fig. 7.
In Fig. 1 ist ein als Schlackentundish ausgebildeter Behälter für die Schlacke teilweise im Schnitt dargestellt und mit 1 bezeichnet. In den Boden des Schlackentundish 1 ist ein Auslaßteil 2 aus entsprechend mechanisch und thermisch beständigem Material eingesetzt. In die Schlackenschmelze 3 wird über eine Hochdruckwasserlanze 4 ein Wasserstrahl 5 mit einem Druck von etwa 60 bis 100 bar in das Schlackenbad eingepreßt, wobei im Bereich des Auslaßteiles 2 eine "Wasser- bzw. Dampf-Seele" 6 ausgebildet wird und die Schlacke als Mantel 7 dieser "Wasser-Seele" ausgetragen wird. Der den Druckwasserstrahl ummantelnde Schlackenstrahl gelangt in ein schematisch mit 8 an- gedeutetes Expansionsgefäß, wobei der Innendruck der "Wasser- Seele" den Mantel aufweitet und zerreißt.
Im Bereich des Einlaufes in das Expansionsgefäß 8 sind zusätzliche Druckwasserdüsen 9 vorgesehen, wobei die Anspeisung über eine Ringleitung 10 erfolgt. Das Druckwasser bzw. der Wasserkegel wird auf den Mantel 7 des Schlackenstrahles gerichtet und bewirkt dort ein Zerteilen und weiteres Zerkleinern.
Der Hochdruckwasserstrahl bildet gleichzeitig ein Dichtungs- element aus, welches die Dichtflächen im Bereich des Anschlusses des Auslasses 2 an das Expansionsgefäß 8 entlastet. Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist der vollständige Schlackentundish 1 ersichtlich, wobei an der tiefsten Stelle des Tundish, an welcher sich unterhalb der Schlackenschmelze ein Metallbad ansammeln kann, ein Düsenstein 11 angeordnet ist, über welchen Druckluft zur Oxidation von Resteisen eingeblasen werden kann. Zusätzlich zu derartiger Druckluft oder Luft-Sauerstoff-Gemischen kann Inertgas eingepreßt werden, um auf diese Weise eine weitestgehende Sättigung der Schlacke mit Gasen zu erzielen. Die Schlacke selbst kann über eine Schema- tisch mit 12 angedeutete elektrische Beheizung schmelzflüssig gehalten werden. Die "Wasser-Seele" 6 führt beim Verdampfen zu einem explosionsartigen Aufweiten des Mantels und damit zu einer raschen Abkühlung und Zerkleinerung. Die Zerkleinerungs- wirkung wird durch die mit abnehmender Temperatur und damit abnehmender Gaslöslichkeit explosionsartig auftretende Entmischung der gelösten Gase beschleunigt.
In das Expansionsgefäß 8 mündet weiters eine Sekundärdruckwasserlanze bzw. Düse 13, welche die desintegrierenden Par- tikel in eine rotierende Zyklonbewegung versetzen, sodaß eine intensive Abkühlung über eine kurze Fallhöhe erzielt wird.
Das Dampf-Schlacken-Granulat-Gemisch mit einer Teilchengröße von etwa 0,1 mm wird über die Auslaßöffnung 14 des Expansions- gefäßes 8 abgezogen und kann unmittelbar einer Strahlmühle oder einer anderen weiteren Zerkleinerungsanlage aufgegeben werden.
Bei der Ausbildung nach Fig. 3 ist das Expansionsgefäß 8 nicht als Zyklon ausgebildet. Vielmehr wird Druckwasser über eine Ringleitung 15 eingespeist und nach Art eines Vorhanges 16 an die Wand des Expansionsgefäßes 8 geführt. Im Bereich der Kollision mit den desintegrierenden Partikeln wird hiebei ein Dampfpolster aufgebaut, sodaß die Wände des Expansionsgefäßes 8 wirkungsvoll gekühlt werden und gleichzeitig zusätzlicher Dampf zur Ausbildung einer pneumatisch förderbaren Mischung erzeugt wird. Das Dampf-Granulat-Gemisch wird über die Leitung 17 einer Zerkleinerungsanlage, beispielsweise einer Strahlmühle, aufgegeben.
Die Länge, über welcher der injizierte Hochdruckwasserstrahl 5 als "Wasser-Seele" in durch die Schlacke ummantelter Form vorliegt, ist in Fig. 3 mit a bezeichnet. Im Anschluß an diese Strecke a erfolgt die rasche Verdampfung der "Wasser-Seele", wobei gleichzeitig intensiv, durch das ursprünglich gelöste Gas, welches bei abnehmender Temperatur rasch freigesetzt wird, unterstützte Zerkleinerungswirkung ausgeübt wird.
Bei der Ausbildung nach Fig. 4 ist eine ringförmige Schmelzschlackenrinne 18 vorgesehen, an welche seitlich die Hochdruckwasserlanzen 4 angeschlossen sind. Über die Hochdruck- wasserlanzen 4 wird wiederum die Hochdruckwasserseele ausgebildet, wobei die Expansionsgefäße 8 einander diametral gegenüberliegend an eine Fließbett- bzw. Wirbelschichtmühle angeschlossen sind. Die gegeneinander gerichteten Strahlen, enthaltend die Partikel und den gebildeten Dampf, werden nach Art einer Gegenstrahlmühle zu einem im Inneren der Mühle 19 liegenden Mahlpunkt 20 geführt. Das gemahlene Gut wird über einen Sichter, dessen Sichterrad mit 21 bezeichnet ist, über die Achse des Rades 21, welche mit 22 bezeichnet ist, abgezogen, worauf in der Folge Dampf kondensiert wird. Durch die Kondensation von Dampf außerhalb der Mühle 19 kann das Druckniveau rasch abgesenkt werden, sodaß die Zerkleinerungsleistung durch diese Druckminderung noch verbessert wird.
Im Bereich des Eintrittes in die Expansionsgefäße sind wiederum Ringleitungen 10 mit quer zum Schlackenstrahl orientierten Wasserdüsen angeordnet, wobei das Hochdruckwasser aus den Ringleitungen 10 den Schlackenmantel zerteilt und zerkleinert.
Bei der Ausbildung nach Fig. 5 ist in vertikaler Richtung koaxial zum Expansionsgefäß 8 eine Gegenstrahlmühle 23 vorgesehen, wobei dem in die Gegenstrahlmühle 23 von oben nach unten einströmenden Dampf-Partikel-Gemisch ein Gegenstrahl über eine Lanze 24 aus extern erzeugtem Dampf zugeführt wird. Die Austrittsöffnung des Expansionsgefäßes 8 ist hiebei als 2- Phasen-Düse ausgebildet, wohingegen die Lanze 24 lediglich als 1-Phasen-Düse ausgebildet ist. Der Mahlpunkt ist wiederum mit
20 bezeichnet. Das Mahlgut wird wiederum über das Sichterrad
21 ausgetragen, wobei durch nachfolgende Dampfkondensation außerhalb der Mühle 23 ein Druck im Inneren der Mühle 23 von weit unter einer Atmosphäre, beispielsweise 0,3 bis 0,75 bar, erzielt werden kann. Die unter hoher Geschwindigkeit aufgrund des weit höheren Druckes einströmenden Gase bewirken hiebei eine intensive Vermahlung.
Bei der Ausbildung nach Fig. 6 mündet das Expansionsgefäß 8 wiederum in eine Gegenstrahlmühle 23, wobei hier durch die außerhalb der Mühle vorgenommene Kondensation des Dampfes wiederum ein Unterdruck von etwa 0,3 bis 0,75 bar eingestellt wird. In die Gegenstrahlmühle 23 münden einander diametral gegenüberliegend Strahldüsen 25 und 26, wobei in die Strahldüse 26 Grobgut aus einer Grobgutabscheidung im Abscheider 27 zugeführt und in die Mühle rückgeführt wird. Im Anschluß an den Grobgutabscheider 27 ist wiederum ein konventioneller Sichter vorgesehen, wobei auch die außerhalb der Mühle 23 vorgenommene Dampfkondensation der Übersichtlichkeit halber nicht darge- stellt ist. Das Gas in der Mühle 23 besteht zu etwa 75 % Wasserdampf und etwa 25 % angesaugter Luft. Der gewünschte Unterdruck in der Mühle 23 kann durch ein nicht dargestelltes Sauggebläse zusätzlich verringert werden.
Bei der Ausbildung nach Fig. 7 gelangt das Gas-Partikel-Gemisch aus dem Expansionsgefäß 8 in eine Prallmühle 28. Die Prallmühle kann eine stationäre Prallplatte oder aber, wie im Fall der Ausbildung nach Fig. 7, ein Schleuderrad mit einer Prallplatte 29 enthalten. Der Partikelstrom versetzt das Schleuderrad 29 in Bewegung, wobei die Partikel gegen eine Ringpanzerung 30 der Mühle 28 geschleudert werden und weiter zerkleinert werden. Das Schleuderrad ist in der Draufsicht in Fig. 8 dargestellt und weist Flügel 31 auf, welche eine Drehrichtung 32 des Schleuderrades bewirken. An den Rotor kann somit beispielsweise ein Generator zur Erzeugung von Energie angeschlossen werden, wobei mit dem Schleuderrad relativ hohe Umdrehungszahlen von 5.000 bis 20.000/min ohne weiteres erzielt werden können. Alternativ zur Verwendung des Schleuderrades als Radialturbine kann für extreme Mahlfeinheiten das Schleuderrad mit einem Antrieb verbunden werden, wodurch der Aufprall-Impuls auf den ringfrömigen Panzer des Mühlenmantels erhöht wird. Das gemahlene Gut wird wiederum aus der Mühle 28 beispielsweise über eine Sichter abgezogen, wobei durch die nachfolgende Dampfkondensation im Inneren der Mühle 28 ein Druck auf etwa 0,3 bar abgesenkt werden kann.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken, insbesondere Hochofenschlacken mit Wasser bei wel- ehern in die Schlacke ein Druckwasserstrahl (5) gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schlacke vor dem Ausbringen mit dem Druckwasserstrahl (5) Gase, insbesondere 02/ Luft und /oder Sauerstoff-Inertgasgemische gelöst werden, wobei Eisenanteile der Schlacke quantitativ oxidiert werden, die Schlacke mit dem Druck des Druckwassers über eine Schlackenöffnung ausgepreßt wird und als Mantel (7) des Druckwasserstrahles ausgestoßen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckwasser unter einem Druck von 35 - 160 bar eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erstarrte Mantel (7) der den Druckwasserstrahl (5) um- gebenden Schlacke mit weiterem Druckwasser zerschnitten bzw. zerteilt wird.
4. Einrichtung zum Granulieren von flüssigen Schlacken, insbesondere Hochofenschlacken mit Wasser mit einem Schlackenbe- hälter für flüssige Schlacke, welcher eine Austrittsöffnung für die flüssige Schlacke aufweist, nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenbehälter als Schlackentundish (1) ausgebildet ist, daß an der tiefsten Stelle des Schlackentundish (1) Düsen (11) für Luft, Sauer- stoff und/oder Sauerstoff/Inertgasgemische vorgesehen sind und daß in die Achse der Schlackenaustrittsoffnung eine Lanze (4) mündet, sodaß die flüssige Schlacke (3) mit über die Lanze eingebrachtem Druckwasser oder Dampf ausgestoßen wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackentundish (1) einen rohrförmigen, ggf. austausch- baren, Auslassteil (2) mit der Schlackenaustrittsoffnung aufweist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem rohrförmigen Auslaßteil (2) Ringdüsen (9) für das Einpressen von Wasser und/oder Dampf in radialer oder zur Achse des rohrförmigen Teiles (2) in Richtung zum Auslassende geneigter Richtung vorgesehen sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Auslaßteil (2) ein Expansionsgefäß (8) angeschlossen ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß in das Expansionsgefäß (8) weitere Düsen
(13) für das Einbringen von Wasser oder Dampf in radialer und/oder tangentialer Richtung münden.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Austragsöffnung des Expansionsgefäßes
(8) mit einer Mühle (19) verbunden ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschaltete Mühle (19) koaxial zur Austrittsöffnung des Expansionsgefäßes (8) einen als Schleuderrad (29) ausgebildeten Rotor, eine Prallplatte oder eine Gegenstromdüse für Dampf und/oder Mahlgut aufweist.
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