Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Pfannen- und KonverterschlackenMethod and device for cooling ladle and converter slag
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Pfannen- und/oder Konverterschlacken mittels Wärmeentzug. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for cooling ladle and / or converter slags by means of heat removal. The invention further relates to an apparatus for performing this method.
Bei der Roheisenerzeugung oder auch anderen metallurgischen Prozessen fallen auf dem Badspiegel Schlacken an, die für die Endprodukte unerwünschte Begleiter enthalten und somit bei Bedarf von Zeit zu Zeit abgezogen werden. Die anfallenden Schlackenmengen werden in einem Auffangbehalter gesammelt, der nach dem Stand der Technik nach Befüllen durch Ausgießen entleert wird. Im einfachsten Fall werden die Schlacken in einen Bunker oder auf einer Halde abgegossen und durch Bespritzen mit Wasser zur Abkühlung und zum Erstarren gebracht. Hierbei besteht eine nicht vernachlässigbare Explosionsgefahr sowohl durch die Freisetzung von Wasserstoff als auch durch eine spontane Überhitzung des Wasserdampfes. Die Explosionsgefahr kann zwar durch die Verwendung von großen Wasserströmen reduziert werden, jedoch müssen dann wiederum Vorkehrungen getroffen werden, um die großen Wassermengen wieder abzuführen. Hierzu können entsprechend große platzaufwendige Dekantierbecken oder auch Entwässerungstrommeln verwendet werden. Bei kleineren anfallenden Schlackenmengen erweisen sich jedoch solche Maßnahmen einschließlich der damit verbundenen Kosten als zu aufwendig.During the production of pig iron or other metallurgical processes, slags accumulate on the bathroom mirror, which contain undesirable companions for the end products and are therefore removed from time to time as required. The quantities of slag are collected in a collecting container which, according to the prior art, is emptied by pouring out. In the simplest case, the slags are poured into a bunker or on a heap and brought to cool and solidify by spraying with water. There is a non-negligible risk of explosion from both the release of hydrogen and the spontaneous overheating of the water vapor. Although the risk of explosion can be reduced by using large water flows, precautions must then be taken in order to discharge the large amounts of water again. Correspondingly large, space-consuming decanting tanks or drainage drums can be used for this. In the case of smaller amounts of slag, however, such measures, including the associated costs, prove to be too expensive.
Darüber hinaus ist bei den vorbeschriebenen explosionsartigen Vorgängen auch ein Wegschleudern flüssiger, teilerstarrter oder auch fester Schlackenbestandteile nicht zu vermeiden, wodurch eine nicht unerhebliche Gefährdung des Bedienungspersonales gegeben sein kann. Schließlich entstehen bei der beschriebenen Wasserkühlung auch weitere, zum Teil schädliche Gase, die ungehindert in die Umwelt ausströmen.
Aus der WO 00/00649 ist eine Vorrichtung zum Naßgranulieren von flüssiger Schlacke bekannt, die ein Granulierbecken mit einer Eindüsvorrichtung für das Granulierwasser, ein vom Granulierbecken abgetrenntes Dekantierbecken, in welchem sich die Schlacke als Granulat absetzt, und eine Vorrichtung zum Einleiten des Granulat-Wasser-Gemisches aus dem Granulierbecken in das Dekantierbecken enthält, wobei die Vorrichtung zum Einleiten des Granulat-Wasser-Gemisches aus dem Granulierbecken in das Dekantierbecken mindestens einen länglichen Verteilerkanal umfaßt, der sich über das Dekantierbecken erstreckt. Der Verteilerkanal weist an seiner Unterseite über seine Länge verteilte Ausflußmittel über das Granulat-Wasser- Gemisch auf. Im Dekantierbecken ist unterhalb des mindestens einen Verteilerkana- les ein senkrechter, nach unten offener Einströmschacht ausgebildet, in den die Ausflußmittel für das Granulat-Wasser-Gemisch einmünden. Auch diese Vorrichtung bzw. das damit durchführbare Verfahren sind relativ aufwendig.In addition, in the case of the above-described explosive processes, it is also unavoidable to throw away liquid, partially solidified or solid slag constituents, which can pose a considerable risk to the operating personnel. Finally, the described water cooling also creates other, sometimes harmful gases that flow freely into the environment. From WO 00/00649 a device for wet granulation of liquid slag is known, which comprises a granulating basin with an injection device for the granulating water, a decanting basin separated from the granulating basin, in which the slag settles as granulate, and a device for introducing the granulate water Contains mixture from the granulating basin into the decanting basin, the device for introducing the granulate-water mixture from the granulating basin into the decanting basin comprises at least one elongated distribution channel which extends over the decanting basin. The underside of the distribution channel has flow agents distributed over its length over the granulate / water mixture. In the decanting basin, a vertical, downwardly open inflow shaft is formed below the at least one distribution channel, into which the outflow means for the granulate / water mixture open. This device and the method that can be carried out with it are also relatively complex.
Aus der WO 00/50647 ist ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken bekannt, bei welchem flüssige Schlacken in eine Expansionskammer und eine Kühlzone eingebracht werden, wobei die flüssige Schlacke in eine unter Unterdruck stehende Expansionskammer eingesaugt und mit einem Treibstrahl in die Kühlzone transportiert wird. Als Treibstrahl wird Hochdruckwasser mit einem Druck über 50 bar oder überhitzter Dampf mit Temperaturen von über 800°C eingesetzt.WO 00/50647 discloses a process for granulating and comminuting liquid slags, in which liquid slags are introduced into an expansion chamber and a cooling zone, the liquid slag being sucked into an expansion chamber which is under vacuum and transported into the cooling zone with a propellant jet becomes. High-pressure water with a pressure of over 50 bar or superheated steam with temperatures of over 800 ° C is used as the driving jet.
Die WO 99/42623 beschreibt ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken, insbesondere Hochofenschlacken, mit Wasser, bei welchem in die Schlacke ein Druckwasserstrahl gerichtet wird. Mit dem Druckwasserstrahl sollen in der Schlacke vor dem Ausbringen Gase, insbesondere Sauerstoff, 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 des Druckwasserstrahles ausgestoßen wird. Aufzubringende Druckwasser-Drücke liegen zwischen 35 bar bis 160 bar. Auch bei den zuletzt beschriebenen Verfahren muß ein hoher apparativer und teuerer Aufwand erbracht werden, der bei kleineren anfallenden Schlackenmengen aus wirtschaftlicher Sicht unvertretbar hoch ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen eine wirkungsvolle effiziente Kühlung auf einfachste Weise gewährleistet ist. Das Verfahren sowie die zu dessen Durchführung benötigte Vorrichtung sollen insbesondere ein kostengünstiges Arbeiten ermöglichen. Schließlich ist dem geringen Platzbedarf in den Stahlwerken Rechnung zu tragen.WO 99/42623 describes a method for granulating and comminuting liquid slags, in particular blast furnace slags, with water, in which a pressurized water jet is directed into the slag. With the pressurized water jet, gases, in particular oxygen, air and / or oxygen-inert gas mixtures, are to be dissolved in the slag prior to the discharge, iron portions of the slag being oxidized quantitatively, the slag being pressed out through the slag opening with the pressure of the pressurized water, and as the jacket of the Pressurized water jet is ejected. Pressurized water pressures to be applied are between 35 bar and 160 bar. In the case of the last-described processes, too, a high level of equipment and costs must be incurred, which is economically unacceptably high for smaller quantities of slag. It is an object of the present invention to provide a method and a device of the type mentioned at the outset in which effective, efficient cooling is ensured in the simplest way. The method and the device required to carry it out should in particular enable inexpensive work. Finally, the small space requirement in the steelworks has to be taken into account.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird hierzu die Schlacke in einen Auffangbehalter vergossen, wonach anschließend in die noch flüssige Schlacke ein oder mehrere, aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung bestehende Tauchkörper eingetaucht werden, welche aufgrund ihrer niedrigeren Temperatur einen Teil der Wärme der Schlacke aufnehmen und dass nach zumindest einem im wesentlichen erfolgten Wärmeausgleich zwischen der Schlacke und dem oder den Tauchkörper(n), der oder die Tauchkörper wieder aus der Schlacke herausgezogen werden.This object is achieved by the method according to claim 1. According to the invention, the slag is poured into a collecting container, after which one or more immersion bodies made of copper or a copper alloy are then immersed in the still liquid slag, which absorb part of the heat of the slag due to their lower temperature and that after at least one im heat balance between the slag and the immersion body (s), the immersion body (s) being withdrawn again from the slag.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ein schneller Wärmeübergang von der Schlacke auf den Tauchkörper möglich ist, der einhergeht mit einer deutlichen Temperaturabsenkung der Schlacke. Prinzipiell ist es nicht einmal mehr erforderlich, dass der oder die Tauchkörper vollständig in die Schlacke eintauchen, da die Zeit bis zum nächsten Schlackenabstich ausreichend lang ist, um die gewünschte Schlackenabkühlung herbeizuführen. Die Größe des Tauchkörpers und damit die Wärmeaufnahmekapazität hängt davon ab, welche Schlackemengen abzukühlen sind und welche Absenkung der Schlackentemperatur gewünscht wird. Durch entsprechende Dimensionierung des Tauchkörpers läßt sich ohne weiteres eine Absenkung der Schlackentemperatur von ursprünglich etwa 1200°C auf 600°C erreichen.The advantage of this process is that, due to the good thermal conductivity of copper, rapid heat transfer from the slag to the immersion body is possible, which is accompanied by a significant drop in temperature of the slag. In principle, it is no longer even necessary for the immersion body (s) to be completely immersed in the slag, since the time until the next slag tapping is sufficiently long to bring about the desired slag cooling. The size of the immersion body and thus the heat absorption capacity depends on the amount of slag to be cooled and the lowering of the slag temperature that is desired. By appropriately dimensioning the immersion body, the slag temperature can easily be reduced from originally about 1200 ° C to 600 ° C.
Nach einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Abkühlvorgang mehrfach wiederholt, wobei der oder die Tauchkörper zwischen den einzelnen Tauchgängen jeweils abgekühlt werden, vorzugsweise in einem Wasserbad. Durch diese Maßnahme läßt sich in wiederholten Arbeitsgängen die Schlackentemperatur sukzessive weiter erniedrigen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Schlackenauffang- behälter eine Aufnahmekapazität für mehrere, separat anfallende Schlackenchargen, die in zeitlichem Abstand diskontinuierlich bis zur zumindest im wesentlichen vollständigen Befüllung eingegeben werden, wobei zwischen den einzelnen Füllvorgängen der oder die Tauchkörper ein- oder mehrfach eingetaucht wird/werden. Geht man in der Praxis davon aus, dass eine Schlackencharge etwa alle 30 Minuten anfällt, deren Überführung in den Auffangbehalter bis zu 6 Minuten dauert, verbleiben zwischen den einzelnen Schlackenentleerungen 24 Minuten, in denen eine Abkühlung mittels eines aus Kupfer bestehenden Tauchkörpers durchführbar ist. Nach der ersten Schlackenentleerung kann beispielsweise durch mehrmalige Tauchgänge die Schlackentemperatur der ersten Charge auf deutlich geringere Temperaturen als 300°C abgekühlt werden. Hiernach wird die nächste Schlackencharge in den Auffangbehalter zu der bereits dort vorliegenden, gekühlten Schlackenmenge gegeben, wobei die Schlackeneinfüllung vorzugsweise ohne größere Vermischungen mit der bereits in dem Auffangbehalter befindlichen Schlacke vorgenommen wird. Diese neu eingefüllten Schlackenmenge besitzt an ihrer Oberfläche eine Temperatur, die ebenfalls etwa 1200°C beträgt. Nunmehr wird der Tauchkörper, der eine der Umgebungstemperatur entsprechende Temperatur besitzt, in die oberste Schlackenlage zumindest teilweise eingetaucht, wodurch Wärme auf den Tauchkörper übergeht und damit die Schlackentemperatur entsprechend gesenkt wird. Auch dieser Tauchvorgang läßt sich mehrfach wiederholen, wobei zwischen den einzelnen Tauchgängen der Tauchkörper in einem Wasserbad jeweils abgekühlt wird. Je nach Aufnahmekapazität des Auffangbehälters und der jeweils diskontinuierlich anfallenden Schlackenmenge können so beispielsweise vier Chargen bis zum Befüllen des Auffangbehälters aufgenommen und gekühlt werden, ehe der Auffangbehalter mit der erheblich abgekühlten Schlacke durch einen neuen leeren Auffangbehalter ersetzt wird.According to a development of the method, the cooling process is repeated several times, the immersion body or bodies being cooled between the individual dives, preferably in a water bath. This measure allows the temperature of the slag to be gradually reduced further in repeated operations. According to a further embodiment of the invention, the slag collecting container has a holding capacity for several, separately occurring slag batches which are entered intermittently at intervals until the filling is at least substantially complete, the immersion body or the immersion bodies being immersed one or more times between the individual filling processes /become. If, in practice, it is assumed that a batch of slag accumulates approximately every 30 minutes and it takes up to 6 minutes to transfer it to the collecting container, there are 24 minutes between the individual slag empties in which cooling can be carried out using an immersion body made of copper. After the first slag emptying, the slag temperature of the first batch can be cooled to significantly lower temperatures than 300 ° C., for example by repeated dives. The next batch of slag is then added to the cooled amount of slag already present in the collecting container, the slag filling preferably being carried out without major mixing with the slag already present in the collecting container. This newly filled amount of slag has a temperature on its surface which is also about 1200 ° C. The immersion body, which has a temperature corresponding to the ambient temperature, is now at least partially immersed in the uppermost slag layer, as a result of which heat is transferred to the immersion body and the slag temperature is accordingly reduced. This diving process can also be repeated several times, with the diving body being cooled in a water bath between the individual dives. Depending on the absorption capacity of the collecting container and the discontinuous amount of slag, four batches can be taken up and cooled, for example, until the collecting container is filled, before the collecting container with the significantly cooled slag is replaced by a new empty collecting container.
Wie bereits vorstehend angedeutet, wird der Tauchkörper hinsichtlich seiner geometrischen Maße und/oder seiner Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit auf die abzukühlende jeweilige Schlackenchargenmenge angepaßt. Im Idealfall besteht der Tauchkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der Tauchkörper kann beispielsweise quaderförmig ausgebildet sein, wobei die eintauchende Quaderfläche
nur geringfügig kleiner als die Querschnittsfläche des Aufnahmebehälters ist. Alternativ können auch mehrere, an einer Hubeinrichtung hängende Tauchkörper in Form von Kugeln, Würfeln, mit tropfenförmiger Gestalt oder sonstiger Geometrie verwendet werden.As already indicated above, the immersion body is adapted in terms of its geometric dimensions and / or its heat capacity and thermal conductivity to the respective amount of slag batch to be cooled. Ideally, the immersion body is made of copper or a copper alloy. The immersion body can, for example, have a cuboid shape, the immersing cuboid surface is only slightly smaller than the cross-sectional area of the receptacle. Alternatively, it is also possible to use a plurality of immersion bodies hanging from a lifting device in the form of balls, cubes, with a teardrop shape or other geometry.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird die im Anspruch 5 beschriebene Vorrichtung verwendet, bei der unterhalb einer Ausgießvorrichtung für die anfallende Schlacke ein Auffangbehalter angeordnet ist, der vorzugsweise verfahrbar ist. Zusätzlich ist mindestens ein an einer Hubeinrichtung befestigter Tauchkörper vorgesehen, der in das Auffangbehälterinnere absenkbar ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Hubeinrichtung horizontal verfahrbar und in ein Kühlmittelbad, vorzugsweise Wasserbad absenkbar. Letztere Weiterbildung ermöglicht es, dass zwischen den einzelnen Füllvorgängen des Auffangbehälters der Tauchvorgang mehrfach zu einer sukzessiven Temperaturerniedrigung der Schlacke wiederholt wird.To carry out this method, the device described in claim 5 is used, in which a collecting container is arranged below a pouring device for the resulting slag, which is preferably movable. In addition, at least one immersion body attached to a lifting device is provided, which can be lowered into the interior of the collecting container. According to a further embodiment, the lifting device can be moved horizontally and lowered into a coolant bath, preferably a water bath. The latter development enables the dipping process to be repeated several times between the individual filling processes of the collecting container to successively lower the temperature of the slag.
Wie bereits vorstehend erwähnt, ist der Tauchkörper vorzugsweise eine Platte oder eine Kugel und besitzt Ausmaße, um im wesentlichen den Innenquerschnitt des Auffangbehälters abzudecken. Hiermit wird eine größtmögliche Fläche des Tauchkörpers bereitgestellt, über die ein Wärmeübergang stattfinden kann. An der Hubeinrichtung können mehrere einzelne Tauchkörper gleicher oder unterschiedlicher Größe befestigt sein, z.B. mehrere birnenförmige Tauchkörper, in unterschiedlichen Höhen, so dass die unten hängenden Tauchbirnen vollständig und die darüber liegenden nur teilweise in das Schlackebad eintauchen.As already mentioned above, the immersion body is preferably a plate or a ball and has dimensions to essentially cover the inner cross section of the collecting container. This provides the largest possible area of the immersion body over which heat transfer can take place. Several individual immersion bodies of the same or different sizes can be attached to the lifting device, e.g. several pear-shaped immersion bodies, at different heights, so that the immersion bulbs hanging below immerse completely and the ones above them only partially in the slag bath.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigenFurther advantages and embodiments of the invention are shown in the drawings. Show it
Fig. 1 eine Prinzipskizze mit einem Ausgießbehälter, einem verfahrbaren Auffangbehalter sowie angedeuteten Tauchkörpern undFig. 1 is a schematic diagram with a pouring spout, a movable collecting container and indicated immersion bodies and
Fig. 2 eine alternative Ausführungsform einer Einrichtung mit mehrerenFig. 2 shows an alternative embodiment of a device with several
Tauch körpern.
Die diskontinuierlich anfallende Schlacke wird aus einem Auffangbehalter 10 ggf. mittels eines Schabers in einen Auffangbehalter 11 , der hier als verfahrbarer Wagen ausgebildet ist, vergossen (siehe Pfeil 12). In die erste Schlackencharge 13 wird anschließend mittels einer nicht dargestellten Hubeinrichtung ein quaderförmiger Tauchkörper 14 eingetaucht, der einen Teil der Wärmemenge der Schlacke aufnimmt. Da der Tauchkörper aus einem Kupfer-Vollkörper besteht, vollzieht sich der Wärmeausgleich relativ schnell. Der Tauchkörper, der bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ein Quader ist, bleibt so lange eingetaucht, bis ein Wärmeausgleich zwischen der Schlacke und dem Tauchkörper zumindest annähernd stattgefunden hat. Da regelmäßig vor der Befüllung mit der nächsten Schlackencharge noch genügend Zeit verbleibt, wird der Tauchkörper nach dem ersten Tauchgang, beispielsweise mittels eines Elektro-Flaschenzuges (Untergurt-Laufkatze) aus dem Auffangbehälterinneren herausgehoben, seitlich verfahren und in ein bereitgestelltes (nicht dargestelltes) Wasserbad abgesenkt, wonach der Tauchgang entsprechend der zur Verfügung stehenden Zeit bis zum nächsten Schlackenchargen-Anfall und der gewünschten Schlacken-Temperatur mehrfach wiederholt wird.Body diving. The discontinuously occurring slag is poured from a collecting container 10, possibly by means of a scraper, into a collecting container 11, which is designed here as a movable carriage (see arrow 12). A cuboidal immersion body 14 is then immersed in the first batch of slag 13 by means of a lifting device (not shown), which absorbs part of the heat quantity of the slag. Since the immersion body consists of a solid copper body, the heat balance takes place relatively quickly. The immersion body, which in the arrangement shown in FIG. 1 is a cuboid, remains immersed until heat compensation between the slag and the immersion body has taken place at least approximately. Since there is still sufficient time regularly before filling with the next batch of slag, the immersion body is lifted out of the interior of the collecting container after the first dive, for example by means of an electric pulley block (lower belt trolley), moved sideways and lowered into a water bath (not shown) , after which the dive is repeated several times according to the time available until the next batch of slag and the desired slag temperature.
Anschließend kann die nächste Schlackencharge in den Auffangbehalter 11 vergossen werden, die in gleicher weise durch mindestens einen Tauchgang abgekühlt wird. Der Vorgang wird so oft wiederholt, bis die Aufnahmekapazität des Auffangbehälters 11 erreicht ist, wonach der Auffangbehalter abgefahren und durch einen neuen Auffangbehalter ersetzt wird.The next batch of slag can then be poured into the collecting container 11, which is cooled in the same way by at least one dive. The process is repeated until the holding capacity of the collecting container 11 is reached, after which the collecting container is moved away and replaced by a new collecting container.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass eine erhebliche Anzahl von verfahrbaren Auffangbehältern eingespart werden kann, da die abgefahrene Schlacke bereits eine Temperaturerniedrigung erfahren hat, die ein problemloses Weiterverarbeiten zu Schlackengranulat ermöglicht. Stillstandszeiten zur Zwischenabkühlung der Schlacke vor ihrer Weiterverarbeitung und Aufbereitung zu Granulaten lassen sich somit einsparen.The particular advantage of the method according to the invention or the device according to the invention is that a considerable number of movable collecting containers can be saved, since the slag that has been removed has already undergone a temperature reduction which enables problem-free further processing into slag granules. Downtimes for intermediate cooling of the slag before it is processed and processed into granules can thus be saved.
Hinsichtlich der Formgestaltung kann anstelle des Tauchkörpers 14 auch ein Tauchkörper gemäß Fig. 2 verwendet werden. Hierbei dient ein mit Aufhängeösen verse-
hener Tragbalken 15 als Aufhängung für mehrere, hier etwa kugelförmige Tauchkörper 16 und 17, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine unterschiedliche Größe haben. Die Tauchkörper sind im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Höhe gestaffelt angeordnet. Die Größe des Tauchkörpers 14 oder der Tauchkörper 16, 17 hängt letztendlich von der abzukühlenden jeweiligen Schlackenmenge und deren Temperatur ab.With regard to the shape, a diving body according to FIG. 2 can also be used instead of the diving body 14. In this case, a Hener support beam 15 as a suspension for several, here approximately spherical immersion bodies 16 and 17, which have a different size in the illustrated embodiment. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the immersion bodies are arranged in a staggered manner in height. The size of the immersion body 14 or the immersion bodies 16, 17 ultimately depends on the respective amount of slag to be cooled and its temperature.
Die Tauchkörper bestehen vorzugsweise aus einem Kupfer-Vollmaterial oder einer geeigneten Kupferlegierung, womit gewährleistet ist, dass an dem Tauchkörper oder den Tauchkörpern keine Schlacke anbackt.
The immersion bodies preferably consist of a solid copper material or a suitable copper alloy, which ensures that no slag bakes on the immersion body or the immersion bodies.