WO2013178205A1 - Anordnung zum kleinstückigen erstarren von bei der metallerzeugung anfallenden flüssigen schlacken - Google Patents

Anordnung zum kleinstückigen erstarren von bei der metallerzeugung anfallenden flüssigen schlacken Download PDF

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WO2013178205A1
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slag
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Hans-Günter Wobker
Gerhard HUGENSCHÜTT
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Kme Germany Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the small-scale solidification of resulting in metal production liquid slags, in particular of resulting in electric furnace in iron and steel production and other furnaces in the metal production slags, according to the features in the preamble of claim 1.
  • liquid metal but especially of liquid iron in electric furnace, produced as by-products slags whose main components are FeO, CaO, Al 2 0 3 and MgO and other substances.
  • the slag formers are necessary to ensure high quality products.
  • the slags are about 1,600 ° C hot and thus contain a significant thermal energy.
  • slags are usually tapped from the electric furnace in a bucket or in a pan and then poured into a slag bed.
  • a slag bed is a hollow in which slag is free to cool and freeze.
  • the heat content of the slag is lost completely.
  • the slag is often sprayed with water to better dissipate the heat.
  • the slag Before further use of the slag, for example as a construction aid, in particular in road construction, the slag must be broken into suitable particle fractions in order to be able to process it. Also applies to this application, because of the released in the slow solidification precipitates, the slag thus produced can only be used to a limited extent due to more stringent environmental regulations.
  • the slag can be atomized or potted on rotating plates, belts or rolls.
  • all these methods have in common that they do not allow the recovery of the thermal energy contained in the slag and are often associated with high energy consumption.
  • a casting table with a centrally arranged distribution device and a cooling apparatus which consists of a supporting structure with a plurality of heat-conducting cooling segments.
  • the inclination of the cascaded cooling segments is preferably 20 ° to 35 °.
  • the silicate melt is poured over the distributor device of the casting table onto the cooling segments which are inclined in accordance with the viscosity of the silicate melt. Due to the louver-like arrangement of the cooling segments and by the radiating heat a draft is effected between the cooling segments, which contributes to the rapid and predominantly glassy solidification of slag.
  • an automatic cracking and slipping of the slag is caused by the different expansion coefficients between the solidified slag and the cooling segments.
  • the reduction of internal stresses causes the solidified slag splintered and further crushed when hitting on underlying cooling segments.
  • the slipping of the crushed slag can be accelerated by shaking, tapping or dumping the cooling segments.
  • Ruttel-, knock or vibration mechanisms are provided on the support structure or on the cooling segments.
  • the invention is - based on the prior art - the object of an arrangement for small-scale solidification of resulting in metal production liquid slags, in particular of resulting in electric furnace in iron and steel production and other furnaces in metal production slags to create at which the environmental impact of slags is significantly improved and also the thermal energy contained in the slags can be utilized to a considerable extent.
  • the solution to this problem consists according to the invention in the features of claim 1.
  • the cooling segment consists of a highly heat-conductive material and is thus an excellent conductor of heat. It has with a cooling fluid, preferably with cooling water, acted upon and integrated into a fluid circuit cooling channels to limit its temperature.
  • a significant advantage is that the cooling fluid heated in the region of the cooling segment can now be used to convert the thermal energy contained in it into superheated steam in an energy conversion unit integrated into the fluid circuit or else the energy for heating process media or heating systems to use.
  • Another advantage is that the dissolved components are kept in solution by the rapid cooling of the slag and not excreted. As a result, the environmental impact of slag is significantly improved and further processing without additional processing possible. This further processing is facilitated by the fact that the slag accumulates after its Auskristail is due to the influence of the vibratory conveyor in small pieces, which can then be used directly for further processing.
  • the catching of the slag can take place at the geodesic lower end of the cooling segment.
  • at least one, in particular exchangeable, receptacle for removing the slag can be provided.
  • a magnetic drum with a scraper and two arranged below the magnetic drum receptacle are provided at the geodesic lower end of the cooling segment.
  • the heat exchange between the cooling segment and the cooling fluid is very intense when the material of the cooling segment has a thermal conductivity of over 250 W / m-k.
  • the material of the cooling segment has a thermal conductivity between 350 W / m-k and 370 W / m-k.
  • the cooling segment is made of copper or a copper alloy.
  • cooling channels are provided at least in the bottom of the cooling segment.
  • the side walls of the channel-like cooling segment may optionally be provided with cooling channels.
  • the cooling channels are introduced in particular in the transverse direction of the cooling segment.
  • a serpentine guidance of the cooling fluid in the cooling channels is advantageous.
  • cooling channels in the longitudinal direction of the cooling segment or in a combined configuration.
  • the cooling channels can be drilled into the cooling segment, in particular deeply drilled. It is also conceivable that the cooling channels are milled into the cooling segment. Furthermore, the cooling channels may be formed by a tube arrangement which is cast into the cooling segment.
  • the cooling channels may also be arranged in the direction of the slag-loading casting area of the variable-spacing cooling segment. This can also be taken into account the different thermal load of the cooling segment in the different lengths sections.
  • the cooling channels can be provided with displacement bodies in regions of the cooling segment that are subjected to higher temperatures.
  • the cooling segment is coated on its casting surface at least partially. This may preferably be a Ni or NiCo coating.
  • the cooling segment may be provided on its casting surface at least partially with a texture.
  • the cooling segment may have expansion joints on its underside facing away from the casting surface.
  • the cooling segment may be formed in one piece.
  • the cooling segment is designed in several parts.
  • the floor can consist of one part and the side walls of other parts, which are then joined together and with the floor.
  • a delivery rate of the inventive arrangement of about 1, 5 to 3.5 tons per meter and hour can be achieved in particular when the cooling segment has a length between 2,000 mm and 12,000 mm, preferably about 8,000 mm.
  • the width of the cooling segment should then be about 2,000 to 3,000 mm with a density of the slag of about 3.0 kg / dm 3 .
  • the slag is continuously fed to the cooling segment with a layer thickness between 5 mm and 40 mm.
  • the layer thickness is preferably between 10 mm and 15 mm.
  • the inclination angle of the cooling segment is maximum 10 ° to the horizontal.
  • a typical inclination angle is maximum 3 ° to the horizontal.
  • the operating pressure of the cooling fluid in the fluid circuit is set between 2 bar and 16 bar, preferably about 5 bar, to ensure a temperature of about 200 ° C in the return of the fluid circuit.
  • the cooling segment is connected via expansion screws with a frame of the vibrating conveyor.
  • the frequency of the vibration conveyor is preferably between 1 Hz and 50 Hz, in particular between 10 Hz and 20 Hz. This frequency avoids buildup and additionally ensures that solidified slag parts are broken down into small fractions.
  • cooling segments may preferably be arranged next to one another.
  • Figure 2 shows the arrangement of Figure 1 in a schematic side view with a
  • Figure 3 is an end view of a cooling segment of the arrangement of Figures 1 and
  • Figure 4 in perspective a mounted on a vibrating conveyor
  • Cooling segment according to another embodiment
  • FIG. 1 in perspective the bottom of the cooling segment of Figure 4 with an extended fluid circuit
  • Figure 6 in perspective a mounted on a vibratory conveyor
  • Figure 7 is a schematic representation of the distance of the cooling channels to
  • FIG. 8 shows a perspective cross section through the cooling segment of FIG. 4 in FIG.
  • FIG. 9 shows a perspective cross section through the cooling segment of FIG. 4 in FIG.
  • Figure 10 is a perspective view of the cooling segment of Figure 4, in
  • FIG. 1 denotes a slag bucket, with the help of which, for example, in an electric furnace for steel production resulting liquid slag S is poured into a channel-like cooling segment 2 as part of an arrangement A for small-scale solidification of slag S.
  • the cooling segment 2 is arranged at an angle of inclination ⁇ of at most 10 ° to the horizontal H (see also FIG. 2). Its length L is between 2,000 mm and 12,000 mm. The width B of the cooling segment 2 is between 2,000 and 3,000 mm dimensioned ( Figure 3).
  • the bottom 3 of the cooling segment 2 formed in one piece in this exemplary embodiment is provided between the side walls 4 with cooling channels 5 introduced in the longitudinal direction.
  • The, for example, deeply drilled cooling channels 5 are connected in a manner not shown to a preferably be charged with cooling water fluid circuit 6, which is coupled to an energy conversion unit 7.
  • the cooling segment 2 is made of copper or a copper alloy with a thermal conductivity over 250 W / m-k.
  • cooling segment 2 is connected to a vibration conveyor 8, which is illustrated in more detail in FIG.
  • the vibratory conveyor 8 is subject to a frequency between 1 Hz and 50 Hz.
  • the slag S is poured from the slag bucket 1 on the cooling segment 2 with a capacity of 1, 5 to 3.5 tons per meter and hour, with a layer thickness between 5 mm and 40 mm.
  • a slag density of about 3.0 kg / dm 3 is required. Due to the heat exchange between the cooling fluid supplied to the cooling segment 2 via the fluid circuit 6 and the slag S sliding on the cooling segment 2 in the direction of a receptacle 9, the latter is cooled. The cooling fluid absorbs heat, which is then converted in the energy conversion unit 7 in a different form of energy.
  • the slag S breaks up after crystallization into small pieces, which can then be fed directly to the processing with the help of the spatially displaceable receptacle 9.
  • the bottom 3a is integrated into a frame 10, which is formed in one piece and has two side walls 4 (as in 2) and an end wall 11. At the opposite end of the end wall 11, the cooling segment 2a for discharging the small-sized solidified slag S in the receptacle 9 is open (corresponding to the cooling segment 2).
  • the oscillating conveyor 8 comprises, in parallel juxtaposition, three double-T supports 12, which are elastically supported by a plurality of helical compression springs 13 on a base 14 which is illustrated only schematically.
  • the carrier 12 are offset by an electric motor 15 via gear 16 in longitudinal vibrations, whereby the coupled via the bottom 3a with the carriers 12 cooling segment 2a this longitudinal vibrations (vibrations) is exposed.
  • the bottom 3a of the expansion screws 19, which can be seen from FIG. 10, with the brackets 12 or a cooling segment 2a connected to an intermediate plate not illustrated in more detail, can be seen more clearly from FIGS. 4 and 5. It has a texture 18 on the casting surface 17 that can be charged with slag S. Instead, the casting surface 17 of the cooling segment 2, 2a may also have a Ni or NiCo coating 18a if required (shown as hatching in FIG. 4 as alternatives).
  • cooling channels 5a In the bottom 3a are transversely extending cooling channels 5a introduced, which open in the region of the longitudinal sides 20 in the end chambers 21 and deflection chambers 22. While the end chambers 21 are connected to the fluid circuit 6 with the energy conversion unit 7 incorporated therein, the deflection chambers 22 serve to reverse the direction of the cooling fluid flowing in the cooling channels 5a, so that this has a largely serpentine flow pattern.
  • FIG. 5 additionally schematically illustrates how a plurality of cooling segments 2, 2 a can be connected to the energy conversion unit 7 via the fluid circuit 6.
  • the cooling channels 5, 5a can be provided with displacement bodies 28 in order to take into account the different thermal stresses on the cooling segment 2, 2a (shown by way of example in FIG. 8 with reference to a cooling segment 2a).
  • the underside 23 of the cooling segment 2, 2 a can be equipped with expansion joints 29 shown in greater detail in FIG. 9.
  • the distance a of the cooling channels 5a characterized by their longitudinal axes, the casting surface 17 in thermally higher loaded areas 30, in particular in the middle longitudinal section, less than the distance b of the cooling channels 5a in the thermally less loaded end 31 is dimensioned.
  • a rotatable about a horizontal axis of the magnetic drum 24 is provided at the geodesic lower end of the cooling segment 2a.
  • Below the magnetic drum 24 are juxtaposed two receptacles 25, 26. Slag parts that have little or no iron shares slide over the magnetic drum 24 in the receptacle 25 and are collected in this. Slag parts with ferritic inclusions, however, remain peripherally the magnetic drum 24 adhere and are only released by a scraper 27 of the magnetic drum 24 so that they fall into the receptacle 26.

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Abstract

Die Anordnung (A) weist ein mit Schlacke (S) beschickbares, unter einem Neigungswinkel zur Horizontalen angeordnetes und Vibrationen aussetzbares rinnenartiges Kühlsegment (2) auf. Das in einen Fluidkreislauf mit einer eingegliederten Energieumwandlungseinheit zur Nutzung der in der Schlacke (S) enthaltenen Wärmeenergie integrierte Kühlsegment (2) besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und ist mit einer Schwingfördereinrichtung (8) gekoppelt.

Description

Anordnung zum kleinstückigen Erstarren von bei der Metallerzeugung anfallenden flüssigen Schlacken
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum kleinstückigen Erstarren von bei der Metallerzeugung anfallenden flüssigen Schlacken, insbesondere von in Elektroofen bei der Eisen- und Stahlerzeugung und anderen Öfen bei der Metallerzeugung entstehenden Schlacken, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Herstellung von flüssigem Metall, insbesondere jedoch von flüssigem Eisen in Elektroofen, entstehen als Beiprodukte Schlacken, deren Hauptbestandteile FeO, CaO, Al203 und MgO sowie andere Stoffe sind. Die Schlackebildner sind notwendig, um hochwertige Erzeugnisse zu gewährleisten. Beim Abstich eines Elektroofens sind die Schlacken ca. 1.600 °C heiß und enthalten somit eine erhebliche thermische Energie.
Die in einem Stahlwerk anfallenden Schlacken werden üblicherweise vom Elektroofen in einen Kübel oder in eine Pfanne abgestochen und dann in ein Schlackenbeet gegossen. Ein Schlackenbeet ist eine Erdmulde, in welcher Schlacke frei abkühlen und erstarren kann. Allerdings geht der Wärmeinhalt der Schlacke hierbei komplett verloren. Während des Abkühlens wird die Schlacke häufig mit Wasser bespritzt, um die Wärme besser abzuleiten.
|Bestätigungskopie| Die Schlacke selbst ist ein schlechter Wärmeleiter. Sie kühlt langsam ab und es bleiben nicht alle Bestandteile in der Schlacke gebunden. Die hierdurch verursachten Ausscheidungen gefährden das Grundwasser zum Teil in einem erheblichen Umfang.
Aus diesem Grund wird das Abgießen von Schlacke in ein Schlackenbeet in der Zukunft nur noch dann möglich sein, wenn entsprechend umfangreiche Vorkehrungen zum Schutz des Grundwassers getroffen oder die Schlacken aufwändig entsorgt werden.
Vor einer Weiterverwendung der Schlacke, zum Beispiel als Bauhilfsstoff, insbesondere im Straßenbau, muss die Schlacke in geeignete Kornfraktionen gebrochen werden, um sie verarbeiten zu können. Auch für diese Anwendung gilt, dass wegen der bei der langsamen Erstarrung freigesetzten Ausscheidungen die derart erzeugte Schlacke aufgrund verschärfter Umweltbestimmungen nur noch eingeschränkt eingesetzt werden kann.
Es sind zwar verschiedene Ansätze bekannt geworden, um die Schlacke abzukühlen. Entsprechend diesen Vorschlägen kann die Schlacke verdüst beziehungsweise auf rotierende Teller, Bänder oder Walzen vergossen werden. Allen diesen Verfahren ist indessen gemeinsam, dass sie keine Rückgewinnung der in der Schlacke enthaltenen thermischen Energie erlauben und vielmehr häufig mit einem hohen Energieverbrauch verbunden sind.
In der Praxis unterscheidet man außerdem zwischen einer sogenannten "nassen Abkühlung", wenn die Schlacke zur Abkühlung direkt mit Wasser in Kontakt kommt, und einer "trockenen Abkühlung", bei welcher die heiße Schlacke nicht direkt mit Wasser in Berührung kommt, sondern der Wärmeaustausch über ein Zwischenmedium erfolgt. Die Verfahren der "nassen Abkühlung" haben den Nachteil, dass die anfallenden Abwässer aufwändig aufbereitet werden müssen. Im Umfang der DD-PS 127 999 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung kleinstückigen Schüttguts aus feuerflüssigen silikatischen Schmelzen der Eisen- und Stahlindustrie sowie der Buntmetallurgie bekannt, bei welchen eine solche Schmelze im zyklischen Rhythmus in einem Verhältnis Oberfläche zu Volumen von vorzugsweise 35 : 1 bis 60 : 1 auf eine geneigte Fläche vergossen wird. Hierbei gelangen ein Gießtisch mit einer mittig angeordneten Verteilereinrichtung sowie ein Kühlapparat zur Anwendung, welcher aus einer Tragkonstruktion mit mehreren Wärme leitenden Kühlsegmenten besteht. Die Neigung der kaskadenförmig angeordneten Kühlsegmente beträgt vorzugsweise 20° bis 35°. Die Silikatschmelze wird über die Verteilereinrichtung des Gießtisches auf die entsprechend der Viskosität der Silikatschmelze geneigten Kühlsegmente gegossen. Durch die jalousieartige Anordnung der Kühlsegmente sowie durch die abstrahlende Wärme wird zwischen den Kühlsegmenten ein Luftzug bewirkt, der zum raschen und vorwiegend glasigen Erstarren der Schlacke beiträgt. Nach Beendigung des Erstarrungsvorgangs wird durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der erstarrten Schlacke und den Kühlsegmenten ein selbsttätiges Zerspringen und Abgleiten der Schlacke bewirkt. Der Abbau innerer Spannungen führt dazu, dass die erstarrte Schlacke zersplittert und beim Auftreffen auf darunter liegende Kühlsegmente weiter zerkleinert wird. Das Abgleiten der zerkleinerten Schlacke kann beschleunigt werden, indem die Kühlsegmente gerüttelt, geklopft oder abgekippt werden. Zu diesem Zweck sind an der Tragkonstruktion oder an den Kühlsegmenten Ruttel-, Klopf- oder Vibrationsmechanismen vorgesehen.
Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum kleinstückigen Erstarren von bei der Metallerzeugung anfallenden flüssigen Schlacken, insbesondere von in Elektroofen bei der Eisen- und Stahlerzeugung und anderen Öfen bei der Metallerzeugung entstehenden Schlacken, zu schaffen, bei welcher die Umweltverträglichkeit der Schlacken deutlich verbessert wird und außerdem die in den Schlacken enthaltene thermische Energie in einem erheblichen Umfang nutzbar gemacht werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Grundgedankens sind Bestandteil der Ansprüche 2 bis 31.
Zur schnellen Entziehung der Wärme aus der Schlacke wird diese jetzt in einem dünnen Film über das unter einem vergleichsweise geringen Neigungswinkel zur Horizontalen angeordnete Kühlsegment abgegossen. Das Kühlsegment besteht aus einem hochwärmeleitfähigen Material und ist damit ein hervorragender Wärmeleiter. Es weist mit einem Kühlfluid, vorzugsweise mit Kühlwasser, beaufschlagbare und in einen Fluidkreislauf integrierte Kühlkanäle auf, um seine Temperatur zu begrenzen. Ein wesentlicher Vorteil ist jedoch, dass jetzt das im Bereich des Kühlsegments erwärmte Kühlfluid genutzt werden kann, um die in ihm enthaltene thermische Energie in einer in den Fluidkreislauf integrierten Energieumwandlungseinheit in zum Beispiel Heißdampf umzuwandeln oder auch die Energie für die Erwärmung von Prozessmedien beziehungsweise für Heizsysteme zu nutzen.
Von Vorteil ist ferner, dass durch das schnelle Abkühlen der Schlacke die gelösten Bestandteile in Lösung gehalten und nicht ausgeschieden werden. Hierdurch wird die Umweltverträglichkeit der Schlacke deutlich verbessert und eine Weiterverarbeitung ohne zusätzliche Aufbereitung möglich. Diese Weiterverarbeitung wird dadurch erleichtert, dass die Schlacke nach ihrem Auskristailisieren aufgrund des Einflusses der Schwingfördereinrichtung in kleinen Stücken anfällt, die dann unmittelbar für eine Weiterverarbeitung genutzt werden können.
Das Auffangen der Schlacke kann am geodätisch unteren Ende des Kühlsegments erfolgen. Zu diesem Zweck kann mindestens ein, insbesondere austauschbarer, Aufnahmebehälter zum Abtransport der Schlacke vorgesehen sein. Sind am geodätisch unteren Ende des Kühlsegments eine Magnettrommel mit einem Abstreifer sowie zwei unterhalb der Magnettrommel angeordnete Aufnahmebehälter vorgesehen, wird die Wirtschaftlichkeit der Anordnung insofern erhöht, als ein erheblicher Anteil des Eisens zurückgewonnen und wieder eingeschmolzen werden kann.
Der Wärmetausch zwischen dem Kühlsegment und dem Kühlfluid ist dann sehr intensiv, wenn das Material des Kühlsegments eine Wärmeleitfähigkeit von über 250 W/m-k aufweist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Material des Kühlsegments eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 350 W/m-k und 370 W/m-k aufweist.
Vorzugsweise besteht das Kühlsegment aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Es ist zweckmäßig, dass die Kühlkanäle mindestens im Boden des Kühlsegments vorgesehen sind. Auch die Seitenwände des rinnenartigen Kühlsegments können gegebenenfalls mit Kühlkanälen versehen sein.
Die Kühlkanäle sind insbesondere in Querrichtung des Kühlsegments eingebracht. In diesem Fall ist eine schlangenlinienförmige Führung des Kühlfluids in den Kühlkanälen von Vorteil.
Denkbar ist auch ein Einbringen der Kühlkanäle in Längsrichtung des Kühlsegments oder in einer kombinierten Konfiguration.
Die Kühlkanäle können in das Kühlsegment gebohrt, insbesondere tiefgebohrt, sein. Vorstellbar ist ferner, dass die Kühlkanäle in das Kühlsegment gefräst sind. Des Weiteren können die Kühlkanäle durch eine Rohranordnung gebildet sein, die in das Kühlsegment eingegossen ist.
Auch können die Kühlkanäle in Richtung zur mit Schlacke beschickbaren Gießfläche des Kühlsegments mit variablem Abstand angeordnet sein. Damit kann ebenfalls der unterschiedlichen thermischen Belastung des Kühlsegments in den verschiedenen Längenabschnitten Rechnung getragen werden.
Um die Geschwindigkeit des Kühlfluids lokal zu erhöhen, können die Kühlkanäle in thermisch höher beanspruchten Bereichen des Kühlsegments mit Verdrängungskörpern versehen sein.
Zur Erhöhung des Verschleißwiderstands kann es darüber hinaus sinnvoll sein, dass das Kühlsegment auf seiner Gießfläche zumindest bereichsweise beschichtet ist. Hierbei kann es sich vorzugsweise um eine Ni- oder NiCo-Beschichtung handeln.
Auch kann das Kühlsegment auf seiner Gießfläche zumindest partiell mit einer Textur versehen sein.
Zur Reduzierung von Materialspannungen kann das Kühlsegment auf seiner der Gießfläche abgewandten Unterseite Dehnfugen aufweisen.
Das Kühlsegment kann einstückig ausgebildet sein.
Vorstellbar ist aber auch, dass das Kühlsegment mehrteilig ausgebildet ist. So können zum Beispiel der Boden aus einem Teil und die Seitenwände aus weiteren Teilen bestehen, die dann untereinander und mit dem Boden gefügt werden. Eine Förderleistung der erfindungsgemäßen Anordnung von ca. 1 ,5 bis 3,5 Tonnen pro Meter und Stunde kann insbesondere dann erreicht werden, wenn das Kühlsegment eine Länge zwischen 2.000 mm und 12.000 mm, vorzugsweise etwa 8.000 mm aufweist. Die Breite des Kühlsegments sollte dann ungefähr 2.000 bis 3.000 mm betragen bei einer Dichte der Schlacke von ca. 3,0 kg/dm3.
Sinnvoll ist es ferner, dass die Schlacke mit einer Schichtdicke zwischen 5 mm und 40 mm dem Kühlsegment kontinuierlich zugeführt wird. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke zwischen 10 mm und 15 mm.
Der Neigungswinkel des Kühlsegments beträgt maximal 10° zur Horizontalen. Ein typischer Neigungswinkel beträgt maximal 3° zur Horizontalen.
Der Betriebsdruck des Kühlfluids im Fluidkreislauf ist zwischen 2 bar und 16 bar eingestellt, vorzugsweise ca. 5 bar, um im Rücklauf des Fluidkreislaufs eine Temperatur von rund 200 °C zu gewährleisten.
Um den unterschiedlichen Temperaturen von Kühlsegment und Schwingfördereinrichtung Rechnung zu tragen, ist das Kühlsegment über Dehnschrauben mit einem Rahmen der Schwingfördereinrichtung verbunden.
Die Frequenz der Schwingfördereinrichtung liegt vorzugsweise zwischen 1 Hz und 50 Hz, insbesondere zwischen 10 Hz und 20 Hz. Diese Frequenz vermeidet Anhaftungen und sorgt zusätzlich dafür, dass erstarrte Schlackenteile in kleine Fraktionen gebrochen werden.
Obwohl die Anordnung eines einzigen Kühlsegments genügt, kann es in bestimmten betrieblichen Situationen zur Erhöhung der Gießleistung durchaus sinnvoll sein, dass die Kühlkanäle mehrerer Kühlsegmente in den Fluidkreislauf integriert sind. In diesem Fall können die Kühlsegmente bevorzugt nebeneinander angeordnet sein. Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Perspektive eine Anordnung zum kleinstückigen
Erstarren von bei der Metallerzeugung in einem Elektroofen anfallenden flüssigen Schlacken;
Figur 2 die Anordnung der Figur 1 in schematischer Seitenansicht mit einem
Fluidkreislauf;
Figur 3 eine Stirnansicht auf ein Kühlsegment der Anordnung der Figuren 1 und
2;
Figur 4 in der Perspektive ein auf einer Schwingfördereinrichtung montiertes
Kühlsegment gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Figur 5 in der Perspektive den Boden des Kühlsegments der Figur 4 mit einem erweiterten Fluidkreislauf;
Figur 6 in der Perspektive ein auf einer Schwingfördereinrichtung montiertes
Kühlsegment zusammen mit einer Magnettrommel und Aufnahmebehältern;
Figur 7 eine schematische Darstellung des Abstands der Kühlkanäle zur
Gießfläche eines Kühlsegments;
Figur 8 ein perspektivischer Querschnitt durch das Kühlsegment der Figur 4 im
Bereich eines Kühlkanals;
Figur 9 ein perspektivischer Querschnitt durch das Kühlsegment der Figur 4 im
Bereich einer Dehnfuge und
Figur 10 eine perspektivische Ansicht auf das Kühlsegment der Figur 4, in
Richtung des Pfeils X gesehen. In der Figur 1 ist mit 1 ein Schlackenkübel bezeichnet, mit dessen Hilfe beispielsweise in einem nicht näher dargestellten Elektroofen zur Stahlerzeugung anfallende flüssige Schlacke S auf ein rinnenartiges Kühlsegment 2 als Bestandteil einer Anordnung A zum kleinstückigen Erstarren der Schlacke S abgegossen wird.
Das Kühlsegment 2 ist unter einem Neigungswinkel α von maximal 10° zur Horizontalen H angeordnet (siehe auch Figur 2). Seine Länge L beträgt zwischen 2.000 mm und 12.000 mm. Die Breite B des Kühlsegments 2 ist zwischen 2.000 und 3.000 mm bemessen (Figur 3).
Wie die Figuren 1 bis 3 ferner zu erkennen geben, ist der Boden 3 des bei diesem Ausführungsbeispiel einteilig ausgebildeten Kühlsegments 2 zwischen den Seitenwänden 4 mit in Längsrichtung eingebrachten Kühlkanälen 5 versehen. Die zum Beispiel tiefgebohrten Kühlkanäle 5 sind in nicht näher dargestellter Weise an einen vorzugsweise mit Kühlwasser beschickbaren Fluidkreislauf 6 angeschlossen, der mit einer Energieumwandlungseinheit 7 gekoppelt ist.
Das Kühlsegment 2 besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit über 250 W/m-k.
Außerdem ist das Kühlsegment 2 mit einer in der Figur 4 näher veranschaulichten Schwingfördereinrichtung 8 verbunden. Die Schwingfördereinrichtung 8 unterliegt einer Frequenz zwischen 1 Hz und 50 Hz.
Die Schlacke S wird vom Schlackekübel 1 auf das Kühlsegment 2 mit einer Leistung von 1 ,5 bis 3,5 Tonnen pro Meter und Stunde vergossen, und zwar mit einer Schichtdicke zwischen 5 mm und 40 mm. Hierbei wird eine Schlackendichte von ca. 3,0 kg/dm3 vorausgesetzt. Aufgrund des Wärmetauschs zwischen dem über den Fluidkreislauf 6 dem Kühlsegment 2 zugeführten Kühlfluid und der auf dem Kühlsegment 2 in Richtung zu einem Aufnahmebehälter 9 gleitenden Schlacke S wird diese abgekühlt. Das Kühlfluid nimmt dabei Wärme auf, welche dann in der Energieumwandlungseinheit 7 in eine andere Energieform umgewandelt wird.
Durch den Einfluss der Schwingfördereinrichtung 8 zerbricht die Schlacke S nach dem Auskristallisieren in kleine Stücke, die dann mit Hilfe des örtlich verlagerbaren Aufnahmebehälters 9 direkt der Weiterverarbeitung zugeführt werden können.
Aus den Figuren 4 und 5 ist die hier detaillierter veranschaulichte Schwingfördereinrichtung 8 in Verbindung mit dem Boden 3a eines Kühlsegments 2a gemäß einer weiteren Ausführungsform zu erkennen.
Der Boden 3a ist in einen Rahmen 10 integriert, welcher einstückig ausgebildet ist und zwei Seitenwände 4 (wie bei 2) und eine Stirnwand 11 aufweist. An dem der Stirnwand 11 gegenüberliegenden Ende ist das Kühlsegment 2a zum Abführen der kleinstückig erstarrten Schlacke S in den Aufnahmebehälter 9 offen ausgebildet (entsprechend auch bei dem Kühlsegment 2).
Die Schwingfördereinrichtung 8 umfasst in paralleler Nebeneinanderanordnung drei Doppel - T - Träger 12, welche über mehrere Schraubendruckfedern 13 an einer nur schematisch veranschaulichten Basis 14 elastisch abgestützt sind. Die Träger 12 werden von einem E-Motor 15 über Getriebe 16 in Längsschwingungen versetzt, wodurch auch das über den Boden 3a mit den Trägern 12 gekoppelte Kühlsegment 2a diesen Längsschwingungen (Vibrationen) ausgesetzt wird. Der Boden 3a des über aus der Figur 10 erkennbare Dehnschrauben 19 mit den Trägern 12 oder einer nicht näher veranschaulichten Zwischenplatte verbundenen Kühlsegments 2a geht aus den Figuren 4 und 5 deutlicher hervor. Er weist auf der mit Schlacke S beschickbaren Gießfläche 17 eine Textur 18 auf. Stattdessen kann die Gießfläche 17 des Kühlsegments 2, 2a bei Bedarf auch eine Ni- oder NiCo- Beschichtung 18a aufweisen (In der Figur 4 in schraffierter Form als Alternativen dargestellt).
In den Boden 3a sind sich quer erstreckende Kühlkanäle 5a eingebracht, die im Bereich der Längsseiten 20 in Endkammern 21 und Umlenkkammern 22 münden. Während die Endkammern 21 an den Fluidkreislauf 6 mit der darin eingegliederten Energieumwandlungseinheit 7 angeschlossen sind, dienen die Umlenkkammern 22 der Richtungsumkehr des in den Kühlkanälen 5a strömenden Kühlfluids, so dass dieses einen weitgehend schlangenlinienförmigen Strömungsverlauf hat.
Außerdem ist in der Figur 5 ergänzend schematisch veranschaulicht, wie mehrere Kühlsegmente 2, 2a über den Fluidkreislauf 6 an die Energieumwandlungseinheit 7 angeschlossen werden können.
Die Kühlkanäle 5, 5a können mit Verdrängungskörpern 28 versehen sein, um den verschiedenen thermischen Belastungen des Kühlsegments 2, 2a Rechnung zu tragen (In der Figur 8 anhand eines Kühlsegments 2a beispielhaft dargestellt).
Außerdem kann die Unterseite 23 des Kühlsegments 2, 2a mit aus der Figur 9 näher dargestellten Dehnfugen 29 ausgerüstet werden. In der Figur 7 ist schematisch dargestellt, dass der Abstand a der Kühlkanäle 5a, gekennzeichnet durch ihre Längsachsen, zur Gießfläche 17 in thermisch höher belasteten Bereichen 30, insbesondere im mittleren Längenabschnitt, geringer als der Abstand b der Kühlkanäle 5a in den thermisch weniger belasteten Endbereichen 31 bemessen ist.
Bei dem in der Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist am geodätisch unteren Ende des Kühlsegments 2a eine um eine horizontale Achse drehbare Magnettrommel 24 vorgesehen. Unterhalb der Magnettrommel 24 befinden sich in Nebeneinanderanordnung zwei Aufnahmebehälter 25, 26. Schlackenteile, die wenige oder keine Eisenanteile besitzen, gleiten über die Magnettrommel 24 in den Aufnahmebehälter 25 und werden in diesem gesammelt. Schlackenteile mit ferritischen Einschlüssen bleiben hingegen umfangsseitig der Magnettrommel 24 haften und werden erst durch einen Abstreifer 27 von der Magnettrommel 24 gelöst, so dass sie in den Aufnahmebehälter 26 fallen.
Bezugszeichen:
1 - Schlackenkübel
2 - Kühlsegment
2a - Kühlsegment
3- Boden v.2
3a - Boden v.2a
4- Seitenwände v.2
5- Kühlkanäle in 2
5a - Kühlkanäle in 2a
6- Fluidkreislauf
7- Energieumwandlungseinheit
8- Schwingfördereinrichtung
9- Aufnahmebehälter
10- Rahmen v.2a
11 - Stirnwand v.2,2a
12 - Träger
13- Schraubendruckfedern
14- Basis
15 - E-Motor
16 - Getriebe
17- Gießfläche v.2a
18- Textur auf 3a
18a - Beschichtung auf 3a
19- Dehnschrauben
20- Längsseiten v.3a
21 - Endkammern
22 - Umlenkkammern
23- Unterseite v.2,2a
24- Magnettrommel
25- Aufnahmebehälter 6 - Aufnahmebehälter
7 - Abstreifer
8 - Verdrängungskörper
9 - Dehnfugen
0 - mittlerer Längenbereich v. 2a1 - endseitige Längenbereiche v. 2a
A - Anordnung
B - Breite v. 2, 2a
H - Horizontale
L - Länge v. 2, 2a
S - Schlacke
X - Ansichtsrichtung
a - Abstand 5a zu 17 in 30 b - Abstand 5a zu 17 in 31 α - Neigungswinkel v. 2, 2a

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (A) zum kleinstückigen Erstarren von bei der Metallerzeugung anfallenden flüssigen Schlacken (S), welche ein mit Schlacke (S) beschickbares, unter einem Neigungswinkel (a) zur Horizontalen (H) angeordnetes und Schwingungen aussetzbares rinnenartiges Kühlsegment (2, 2a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem hochwärmeleitfähigen Material bestehende und mit einer Schwingfördereinrichtung (8) gekoppelte Kühlsegment (2, 2a) mit einem Kühlfluid beaufschlagbare Kühlkanäle (5, 5a) aufweist, die in einen Fluidkreislauf (6) mit einer darin integrierten Energieumwandlungseinheit (7) zur Nutzung der in der Schlacke (S) enthaltenen Wärmeenergie eingegliedert sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am geodätisch unteren Ende des Kühlsegments (2, 2a) eine Magnettrommel (24) mit einem ihr zugeordneten Abstreifer (27) sowie zwei unterhalb der Magnettrommel (24) angeordnete Aufnahmebehälter (25, 26) vorgesehen sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kühlsegments (2, 2a) eine Wärmeleitfähigkeit über 250 W/m k aufweist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kühlsegments (2, 2a) eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 350 W/m k und 370 W/m k aufweist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5, 5a) mindestens im Boden (3, 3a) des Kühlsegments (2, 2a) vorgesehen sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5a) in Querrichtung des Kühlsegments (2a) eingebracht sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5) in Längsrichtung des Kühlsegments (2) eingebracht sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5, 5a) in das Kühlsegment (2, 2a) gebohrt sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5, 5a) in das Kühlsegment (2, 2a) gefräst sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5, 5a) durch eine Rohranordnung gebildet sind, die in das Kühlsegment (2, 2a) eingegossen ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5, 5a) in Richtung zur mit Schlacke (S) beschickbaren Gießfläche (17) des Kühlsegments (2, 2a) mit variablem Abstand (a, b) angeordnet sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5, 5a) in thermisch höher beanspruchten Bereichen des Kühlsegments (2, 2a) mit Verdrängungskörpern (28) versehen sind.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) auf seiner mit Schlacke (S) beschickbaren Gießfläche (17) zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung (18a) versehen ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) auf seiner mit Schlacke (S) beschickbaren Gießfläche (17) zumindest partiell mit einer Textur (18) versehen ist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) auf seiner der Gießfläche (17) abgewandten Unterseite (23) mit Dehnfugen (29) versehen ist.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) einstückig ausgebildet ist.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) mehrteilig ausgebildet ist.
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) eine Länge (L) zwischen 2.000 mm und 12.000 mm aufweist.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) eine Länge (L) von etwa 8.000 mm aufweist.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) eine Breite (B) von etwa 2.000 bis 3.000 mm aufweist.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacke (S) mit einer Schichtdicke zwischen 5 mm und 40 mm dem Kühlsegment (2, 2a) kontinuierlich zuführbar ist.
23. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacke (S) mit einer Schichtdicke zwischen 10 mm und 15 mm dem Kühlsegment (2, 2a) kontinuierlich zuführbar ist.
24. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) unter einem Neigungswinkel (a) von maximal 10° zur Horizontalen (H) angeordnet ist.
25. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) unter einem Neigungswinkel (a) von maximal 3° zur Horizontalen (H) angeordnet ist.
26. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkreislauf (6) auf einen Betriebsdruck zwischen 2 bar und 16 bar eingestellt ist.
27. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkreislauf (6) auf einen Betriebsdruck von etwa 5 bar eingestellt ist.
28. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsegment (2, 2a) über Dehnschrauben (19) mit einem Rahmen (12) der Schwingfördereinrichtung (8) verbunden ist.
29. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Schwingfördereinrichtung (8) zwischen 1 Hz und 50 Hz beträgt.
30. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Schwingfördereinrichtung (8) zwischen 10 Hz und 20 Hz beträgt.
31. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (5, 5a) mehrerer Kühlsegmente (2, 2a) in den Fluidkreislauf (6) integriert sind.
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