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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Mikrofasern und/oder Mikro- partikeln aus flüssigen Schmelzen, bei welchen die Schmelze über einen Tundishauslauf in einen Kühlraum ausgetragen wird und zur Beschleunigung des Austrages heisses Treibgas, insbesondere Treibdampf, konzentnsch zum Tundishauslauf ausgestossen wird sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Zum Zerstäuben und Granulieren von flüssigen Schmelzen wurde bereits eine Reihe von Ein- richtungen vorgeschlagen, welche darauf abzielen eine entsprechend geringe Tröpfchengrösse zu realisieren, um eine rasche Abkühlung und damit ein Verglasen der Schlacken zu bewirken und gleichzeitig erstarrtes Material in einer Feinheit zu erzielen, welche ein nachfolgendes Mahlen entbehrlich macht Fur das Zerkleinern und Verglasen von Schlacken wurden bereits Einrichtungen vorgeschlagen,
bei welchen Schlacke bzw Schmelze in einem Tundish vorgelegt wurde und mit einem Treibgas aus der Tundishauslassöffnung ausgestossen wurde Zu diesem Zwecke wurde die flüssige Schmelze als rohrförmiger Mantel aus dem Tundish unter Einfluss der Schwerkraft aus- gebracht, wobei die entsprechende Treibgaslanze in das Innere dieses rohrförmigen Mantels mundet und in der Folge beim Kontakt mit der Innenwand der rohrförmig abströmenden Schmelze eine Beschleunigung und eine Expansion bewirkte, welche zu einem Aufreissen des Schmelzenfil- mes und einer raschen Zerkleinerung führt.
Um den Ausfluss an flüssiger Schmelze entsprechend einzustellen, war bei derartigen Vorrichtungen in aller Regel ein Wehrrohr vorgesehen, wobei der Abstand der Unterkante dieses Wehrrohres vom Boden des Tundish entsprechend einstellbar war, um einen jeweils definierten Ringspalt zu begrenzen, welcher die in der Zeiteinheit abströmende Schmelze und damit die Wandstarke des rohrförmigen Mantels der ausstromenden Schmelze bestimmte Die Treibgaslanze selbst war im Inneren dieses Wehrrohres angeordnet und konnte selbst mit unterschiedlich heissen Treibgasströmen und insbesondere mit Treibdampf beaufschlagt werden, wobei für die Düsengeometrie auch bereits Lavaldusen vorgeschlagen wurden, an deren Düsenaustritt das Treibgas mit Überschallgeschwindigkeit ausgebracht wird.
Der Treibgasstrom bildete nach dem Ausstromen aus einer konvergenten Düse dann, wenn es sich um einen unter- expandierten Strahl handelt, in der Folge Druckstösse im Bereich der Mach'schen Knoten der Strömung aus, wobei zwischen derartigen Mach'schen Knoten Expansionsvolumina liegen und durch Schwingungsinterferenzen im Zweiphasenstrahl Scherbeanspruchungen in die Schlacken- tropfchen eingeleitet werden
Gemeinsam war bei derartigen Einrichtungen der Umstand,
dass je nach Schlackenviskosität und Schlackentemperatur durch Wahl eines entsprechenden Abstandes zwischen der Unterkante des Wehrrohres und dem Boden des Tundishauslaufes die Wandstärke des ausströmenden Man- tels der flüssigen Schmelze bzw flüssigen Schlacken jeweils an die Erfordernisse fur eine hohe Zerkleinerung angepasst werden musste Eine entsprechend grössere Wandstärke führte zu einer entsprechend geringeren Zerkleinerungswirkung, wobei gleichzeitig durch die zunehmende Masse die Schmelze entsprechend geringer beschleunigt werden konnte.
Um sicherzustellen, dass auch bei geringem Abstand der Unterkante des Wehrrohres und damit bei geringer axialer Erstreckung des Ringspaltes über die Zeit konstante Bedingungen erzielt werden können, musste die Schmelze entsprechend uberhitzt werden und gleichzeitig dem Verschleiss der Unterkante des Wehrrohres entsprechend Rechnung getragen werden.
Insgesamt führte diese relativ aufwendige Regelung dazu, dass die Wandstarke der ausströmenden Schmelze nicht beliebig gering gewahlt werden konnte, sodass mehr oder minder grosse Mikropartikel erzielt werden konnten
Die Erfindung zielt nun darauf ab, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend wei- terzubilden, dass auf eine aufwendige Regelung der Höhenlage des Wehrrohres ebenso wie auf das Wehrrohr selbst verzichtet werden kann und unmittelbar wesentlich geringere Wandstarken ausgetragen werden konnen, welche in der Folge durch entsprechende Temperaturbehandlung aufgrund der Oberflächenspannung der Schmelze zu entsprechenden Mikropartikeln agglomeriert werden konnen, wobei gleichzeitig die Treibgasmenge reduziert werden kann.
Zur Losung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemasse Verfahren im wesentlichen dann, dass das Treibgas uber eine Lavalduse mit Überschallgeschwindigkeit oberhalb des Bodens des Tundish unter Ausbildung eines Einlaufringspaltes für die Schmelze ausgestossen wird, und dass die Schmelze als Schaumschmelze bzw-schlacke eingesetzt wird und insbesondere im Tundish geschaumt wird. Dadurch, dass erfindungsgemäss Schaumschmelze bzw. Schaumschlacke einge- setzt wird, wobei die Herstellung der Schaumschmelze beispielsweise durch Schaumen im
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Tundish gelingt, wird ein Material ausgetragen, welches sich durch wesentlich geringere spezifi- sche Masse auszeichnet und welches daher mit geringeren Treibgasmengen effizient beschleunigt werden kann.
Dadurch, dass nun der Einlaufringspalt unmittelbar zwischen dem Umfang einer Lavaldüse der Treibgaslanze und dem Boden des Tundish ausgebildet wird, gelingt es mit dem an der Lavaldüse laminar mit Überschallgeschwindigkeit austretenden Treibgas eine Art spanabhe- bendes Abtragen von Schaumschmelze bzw. Schaumschlacke einzustellen, wodurch uberaus geringe Wandstarken des ausgetragenen Matenales realisiert werden konnen und unmittelbar Mikrofasern ausgebildet werden können, deren mittlere Faserlänge sich im Mikrometerbereich bewegt.
Das Material kann hiebei als zusammenhängender Mantel mit uberaus geringer Wand- stärke oder auch in Form von aufeinanderfolgenden Schaumzellen ausgestossen werden, wobei dann, wenn eine nachfolgende Spharoidisierung bzw. die Ausbildung von kugelförmigen Mikropar- tikeln erwünscht wird, mit Vorteil so vorgegangen werden kann, dass die über den Tundishauslauf ausgetragene Schmelze vor dem Austritt in den Kühlraum nacherhitzt bzw. überhitzt wird Bedingt durch die relativ geringe spezifische Masse aufgrund der Verwendung von Schaumschmelze bzw Schaumschlacke kann eine entsprechend rasche Überhitzung nach dem Austreten aus dem Tun- dishauslauf in einfacher Weise erzielt werden, wobei durch entsprechende Wahl der Parameter für die Ausbildung des Schaumes das Fliessverhalten der Schmelze bzw.
der Schlacke in weiten Grenzen variiert werden kann und gleichzeitig in besonders einfacher Weise eine entsprechende Überhitzung der Schaumschlacke erzielt werden kann.
Mit Vorteil wird zu diesem Zweck das Verfahren so durchgeführt, dass die Schaumschlacken durch in den Schlackenraum des Tundish mundende Bodendüsen oder Tauchlanzen, insbesonde- re Tauchbrenner, hergestellt werden.
Bedingt durch die geringe spezifische Masse einer derartigen Schaumschmelze kann auch mit geringeren laminar ausströmenden Treibgasmengen ein hohes Mass an Beschleunigung erzielt werden, wobei fur die Einstellung einer entsprechenden Schichtstarke des zu zerkleinernden Materiales nach dem Austrag aus dem Tundish mit Vorteil so vorgegangen wird, dass das Treibgas als laminar stromendes Gas mit einem Strömungsquerschnitt ausgestossen wird, welcher im we- sentlichen dem lichten Querschnitt des Tundishauslaufes entspricht.
Ein derartiges laminarströ- mendes Gas, welches aus einem Strömungsquerschnitt ausgestossen wird, welcher im wesentli- chen dem lichten Querschnitt des Tundishauslaufes entspricht, führt hiebei bei gleichzeitiger Defi- nition des jeweils wirksamen Einlaufringspaltes durch entsprechende Veränderung der Höhenlage der Lanze zu einer Art spanabhebender Bearbeitung aufgrund der Scherbeanspruchung im Ring- spalt Bei entsprechender Variation der Parameter fur die Schaumbildung bzw. der Temperatur der Schaumschlacke gelingt es besonders kleine Mikrofasern bzw. nach einer Nacherwarmung bzw.
Überhitzung entsprechend feine Mikropartikel herzustellen, deren Zerkleinerung beim Aufprall aufgrund der Schaumstruktur wesentlich erleichtert wird Die feinen kugelformigen Mikropartikel ergeben eine leichtere Verarbeitbarkeit in einer Zement-/Mörtel-Paste und erlauben eine Verringe- rung des Wasser-zu-Zement-Verhältnisses
Um beim Einsatz von flüssigen Schlacken unmittelbar Materialien herzustellen, welche sich durch gute latenthydraulische Eigenschaften auszeichnen und damit als Zementersatz bzw als Zementzuschlagstoff eingesetzt werden konnen und gleichzeitig aufgrund kleiner Partikelgrossen mit einem niedrigen Wasser-zu-Zementverhältnis in der Folge verarbeitet werden können, wird das erfindungsgemässe Verfahren mit Vorteil so durchgeführt,
dass als Schmelze flüssige Schlacken oder flüssige Schlackengemische aus Hochofenschlacke und Stahlschlacke mit einer Basizitat zwischen 0,9 und 1,6 eingesetzt werden
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen Tundish und eine uber dem Tundishauslauf mündende Treibgaslanze mit einer Lavaldüse auf, an welchen ein Kühlraum angeschlossen ist Die erfindungsgemässe Einrichtung ist hiebei im wesentlichen da- durch gekennzeichnet, dass im Tundish Bodendusen und/oder Lanzen zur Ausbildung einer Schaumschmelze bzw.-schlacke angeordnet sind,
dass die Treibgaslanze unter Ausbildung eines sich in Höhenrichtung erstreckenden Ringspaltes oberhalb des Tundishauslaufes im Inneren des Tundish angeordnet ist und dass die lichte Weite der Mündung der Lavalduse der Treibgaslanze im wesentlichen gleich der lichten Weite des Tundishauslaufes bemessen ist Mit den im Tundish angeordneten Bodendusen und/oder den Lanzen kann auf diese Weise eine Schaumschmelze bzw.
Schaumschlacke ausgebildet werden, wobei gleichzeitig eine entsprechende Uberhitzung der
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Schmelze bzw der Schlacke erzielt werden kann Dadurch, dass die Treibgaslanze unter Ausbil- dung eines sich in Höhennchtung erstreckenden Ringspaltes oberhalb des Tundishauslaufes im Inneren des Tundish angeordnet ist, wird unmittelbar zwischen der Stirnwand der Treibgaslanze und dem Rand des Tundishauslaufes der entsprechende Spalt gebildet, über welchen Material durch das die Lavaldüse laminar strömend verlassende Treibgasmedium abgetragen werden kann.
Dadurch, dass die lichte Weite der Mündung der Lavalduse der Treibgaslanze im wesentlichen gleich der lichten Weite des Tundishauslaufes bemessen ist, lassen sich überaus dunne Schichten der Schaumschmelze bzw. der Schaumschlacke abtragen, welche in Form von aufeinanderfolgen- den Poren-Zellen oder als zusammenhängender überaus dünner Mantel den Treibgasstrahl umge- bend ausgetragen und vom Treibgasstrahl beschleunigt werden.
Um eine entsprechende Nacherhitzung bzw. Uberhitzung des mit dem laminar strömenden Medium abgetragenen Material zur Ausbildung von Mikropartikeln zu gewährleisten, ist die Ausbil- dung mit Vorteil so getroffen, dass an den Tundishauslauf ein Ringbrenner bzw. eine im wesentli- chen zylindrische Brennkammer angeschlossen ist, wobei mit Vorteil hier die Innenwände der Brennkammer offenporig bzw. perforiert ausgebildet sind. In besonders vorteilhafter Weise können Porenbrenner verwendet werden. Aufgrund der überaus geringen Wandstärke und der geringen spezifischen Masse kann auf überaus kurzer Strecke, über welche eine weitestgehend laminare Strömung aufrechterhalten werden kann, ein entsprechendes Mass an Überhitzung bzw Nacherhit- zung erzielt werden, sodass kleinbauende Brennkammern zum Einsatz gelangen können.
Um dem Umstand Rechnung zu tragen, dass eine exakt laminare Strömung nur über relativ kurze Distanzen aufrechterhalten werden kann, kann bereits innerhalb der Brennkammer eine entsprechende Aufweitung des Strahles zugelassen werden. wofur die Ausbildung mit Vorteil so getroffen ist, dass die Innenwand der Brennkammer von einer sich in Strömungsrichtung erweiternden konischen offenpong porösen oder perforierten Wand gebildet ist. Auf diese Weise kann auch der Brenngas- zufuhr Rechnung getragen werden.
Die als Treibgas bevorzugt eingesetzte Menge an Treibdampf kann unmittelbar in einem ge- sonderten Kühlkreislauf im Kühlraum hergestellt werden. Da nunmehr bei einer Nacherhitzung bzw bei der Anordnung von Ringbrennern zusatzlich thermische Energie eingebracht wird, ist es vorteilhaft diese zusatzliche thermische Energie entsprechend zu nutzen, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, dass im Kühlraum wenigstens zwei gesonderte Kühlkreisläufe angeord- net sind, wobei ein erster Kühlkreislauf bei Drucken zwischen 2 und 10 bar zur Herstellung von Treibdampf für die Treibgaslanze und wenigstens ein weiterer Kühlkreislauf auf höheren Druck ausgelegt ist Der erste mit relativ niedrigen Drucken betriebene Kühlkreislauf kann hiebei zur Herstellung der jeweils benötigten Treibdampfmenge herangezogen werden,
wobei weitere Kühl- kreisläufe auf entsprechend geeignete Druckniveaus ausgelegt sein konnen, welche eine ther- mische Ausnutzung beispielsweise in Dampfturbinen begünstigen
Mit Vorteil ist die erfindungsgemässe Ausbildung so getroffen, dass der Tundishauslauf trichter- förmig ausgebildet ist und dass die Stirnseite der Treibgaslanze von einer kegelstumpfformigen Ringfläche gebildet ist, wodurch sich ein exakt definierbarer sich in axialer Richtung erstreckender Einlaufringspalt für die Schaumschmelze bzw die Schaumschlacke ergibt.
Um die Innenwand der Brennkammer entsprechend gegen Verschleiss und übermässige thermi- sche Beanspruchung zu schützen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass die Brennkam- mer als Uberdruckbrennkammer oder Porenbrenner ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus- führungsbeispieles naher erläutert. In der Zeichnung ist mit 1 schematisch ein Tundish dargestellt, in welchem eine Schaumschlacke 2 eingebracht ist. Über eine schematisch mit 3 angedeutete Leitung und Bodendüsen 4 kann die für die Ausbildung der Schaumschlacke bzw. der Schaum- schmelze erforderliche Gasmenge eingetragen werden, wobei alternativ Brennerlanzen in die Schmelze gerichtet werden können.
Der Tundish 1 verfugt über einen Bodenauslauf 5, dessen lichte Weite im wesentlichen der lichten Weite der grössten Offnung einer Lavaldüse 6 der Treibgaslanze 7 entspricht Die Treibgas- lanze 7 kann mit Treibdampf beispielsweise im Druckbereich zwischen 2 und 10 bar betneben werden, wobei das die Lavalduse 6 laminar strömend verlassende Treibmedium im Bereich des Ringspaltes 8 eine entsprechende Scherwirkung auf die Schaumschmelze 2 ausübt und hier nngförmige Späne oder einen zusammenhängenden überaus dünnen Mantel abträgt und über den
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Tundishauslauf 5 in den darunterliegenden Kühlraum 9 austragt.
Die Schaumschmelze bzw Schaumschlacke 2 kann entsprechend überhitzt vorgelegt werden, wobei im Bereich des Ringspal- tes 8 durch entsprechende Scherkräfte zylinderförmige Abschnitte nach Art einer spanabhebenden Bearbeitung abgetragen werden Im Anschluss an den Tundishauslauf 5 ist nun eine Brennkammer 10 vorgesehen, deren Innenwände sich konisch erweitern und offenporig ausgebildet sind bzw Perforationen 11 aufweisen Die Brennkammer selbst kann mit Überdruck betrieben werden, sodass der dünne ausgetragene Mantel bzw die aufeinanderfolgend ausgetragenen Ringsegmente entsprechend überhitzt werden, sodass es zu einer Spharoidisierung der Mikrofasern kommt. Ein Gaspolster zwischen Wand und Strömung reduziert die Reibung und ein Hängenbleiben der Schmelzepartikel an der Wand wesentlich. Diese Agglomeration zu Sphäroiden bzw.
Kugeln ergibt sich aus der Oberflächenspannung der Schaumschmelze bzw Schaumschlacke. Dabei löst sich noch zusatzlich Gas in den Schmelzeparikeln, was zur weiteren Zerkleinerung in der Kühlphase führt.
Im Kühlraum 9 können entsprechend mit 12 und 13 angedeutete Kühlkreislaufe angeordnet sein, welche mit unterschiedlichem Druckniveau betrieben sind. Ein erster Kuhlkreislauf 12 kann hiebei beispielsweise mit den für den Treibdampf geforderten 2 bis 10 bar betrieben werden, wohingegen der zweite Kühlkreislauf 13 mit Drucken von beispielsweise etwa 20 bar Exportdampf fur eine thermische Verwertung des Kühlmediums liefert
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zum Herstellen von Mikrofasern und/oder Mikropartikeln aus flüssigen Schmel- zen, bei welchen die Schmelze uber einen Tundishauslauf in einen Kühlraum ausgetragen wird und zur Beschleunigung des Austrages heisses Treibgas, insbesondere Treibdampf, konzentrisch zum Tundishauslauf ausgestossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das
Treibgas über eine Lavaldüse mit Überschallgeschwindigkeit oberhalb des Bodens des
Tundish unter Ausbildung eines Einlaufringspaltes für die Schmelze ausgestossen wird, und dass die Schmelze als Schaumschmelze bzw.-schlacke eingesetzt wird und insbeson- dere im Tundish geschaumt wird.