DE10111890C2

DE10111890C2 - Schlacken-Dosier-und-Granulier-Vorrichtung

Info

Publication number: DE10111890C2
Application number: DE2001111890
Authority: DE
Inventors: Siegfried Stadler
Original assignee: SKW STAHL TECHNIK GmbH
Current assignee: SKW STAHL TECHNIK GmbH
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: DE10111890A1

Description

Während der Stahlerzeugung beispielsweise fallen zwischen Hochofen und Konverter in den Prozessstufen Umchargieren des Roheisens und Roheisen- Entschwefelung heiße, flüssige Schlacken an, die üblicherweise mit einem hydraulisch betriebenen Räumschild von der Oberfläche des Eisenbades abgezogen werden müssen.

Abgezogen werden diese Schlacken, die Temperaturen zwischen 500 und 1400°C aufweisen können, in der Regel in darunter befindliche so genannte Schlackenkübel.

Zum Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt, mit denen heiße und flüssige Schlacken konditioniert werden sollen:
So ist aus JP 54-011895 eine Vorrichtung zum Granulieren von Schlacken, die bspw. aus einem Schachtofen stammen, bekannt. Die flüssigen Schlacken werden dabei mit Hilfe einer Schaufelrad-förmigen Einrichtung entsprechend ihrer Viskosität zerkleinert und granuliert.

DE 195 19 284 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Anlage zum Kühlen und Abtransport von Pfannen- und Konverterschlacken, bei dem durch Wärmeentzug die flüssige Schlacke in den festen Zustand überführt wird. Die abzuziehende flüssige Schlacke wird dabei unmittelbar in eine gekühlte Form gegossen, nach deren Erstarrung als Schlackeblock mit Hilfe von Brecherbacken zerbrochen und anschließend werden die Bruchstücke gesammelt und abtransportiert.

Gemäß GB 2 007 723 A werden metallurgische Schlacken mit Hilfe eines abwärts gerichteten Kanals auf eine Prallplatte geleitet und von dort einer Schaufelrad-förmigen rotierenden Trommel zugeführt, auf der die Schlacke zerbrochen und granuliert und schließlich auf eine Fördervorrichtung geschleudert wird.

JP 59-11 63 04 A beschreibt eine Vorrichtung, bei der die geschmolzene Schlacke einem stationären Kühler zugeleitet wird, in dessen konkaver Halbschalen-Form sich eine Walze mit einer Rotationsgeschwindigkeit bewegt, die ausreicht, um die Schlacke zu granulieren und abzukühlen. Die Oberfläche der Walze weist dabei in axialer Richtung Erhebungen auf.

Aus der Zeitschrift "Stahl und Eisen" (102, 1982, Nr. 19, Seite 925/926) sind Verfahren zur Schlackengranulation bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung bekannt. Zum Zerkleinern von Hochofenschlacke wird die Schmelze einem als Tundish ausgebildeten Trichter zugeführt, aus dem sie in einer Umhausung auf eine Drehkörnungstrommel trifft und von dort in Form von Schlackentropfen unter Luftzufuhr weggeschleudert wird. Die Umhausung sollte dabei die Trennung der Heißluft von den Schlackentröpfchen gewährleisten.

Ein Verfahren zur Gewinnung der fühlbaren Wärme von Schlacke ist der Patentschrift DD 212 750 zu entnehmen. Dabei soll die Abkühlung der Schlacke so erfolgen, dass sich die Schlacke vom Kühlkörper leicht löst und schließlich die so erhaltene Schlacke gut mahlbar ist. Die flüssige Schlacke wird dazu an der Oberfläche des Kühlkörpers in einem ersten Abkühlschritt intensiv mittels des flüssigen Kühlmediums indirekt auf eine Temperatur knapp unterhalb der Erstarrungstemperatur abgekühlt und die von der Oberfläche des Kühlkörpers gelöste erstarrte Schlacke in einem zweiten Kühlschritt mittels eines Gasstroms direkt abgekühlt. Dieses Verfahren wird mit Hilfe rotierbarer Körper durchgeführt, bei denen es sich um als Kühltrommeln fungierende Gießwalzen handelt, die einen bestimmten Spalt ausbilden, wobei die Kühltrommeln entweder eine glatte Oberfläche aufweisen oder Umfangsrillen bzw. Vertiefungen besitzen, die etwa halbkugelförmig gestaltet sind und sich zu kugelförmigen Hohlräumen ergänzen.

Jüngst wird aber auch eine Vorrichtung zum Konditionieren von heißen, Metallhaltigen Schlacken eingesetzt (deutsche Patentanmeldung Az. 101 07 562.6), die aufgrund ihrer Ausgestaltungsmerkmale speziell bei den engen Platzverhältnissen im Hochofenbereich ohne aufwendige Umbaumaßnahmen an variable Schlacken-Mengen angepasst werden kann und mit der man in der Lage ist, selbst sehr heiße Schlacken ohne Entzündungserscheinungen und Gasentwicklungen zu leicht handhabbarer Größe zu verarbeiten.

Diese Vorrichtung, die im Wesentlichen aus einem Puffer-Modul, einer Aufgabe-Schwingvorrichtung, mindestens einer weiteren Schwing- Vorrichtung sowie mindestens einem Transport-Modul besteht, sieht speziell für das vorgeschaltete Puffer-Modul, das für eine Aufnahme- Kapazität von 100 bis 1000 kg an Schlacke ausgelegt ist, eine so genannte "Flipper-Trog"-Bauweise vor, wodurch die kontinuierlich abgezogene Schlacke portionsweise und bereits zum Teil vorkonditioniert an die nachfolgenden Module dieser Vorrichtung weitergereicht werden kann. Der meist sehr hohen Schlacken-Temperatur trägt das Puffer-Modul durch integrierte Kühleinrichtungen Rechnung.

Zwar ermöglicht die "Flipper-Trog"-Bauweise des Puffer-Moduls aufgrund der beweglichen plattenförmigen Bauteile in variierenden Zeitintervallen unterschiedlich lange Öffnungszeiten, wodurch diskontinuierlich anfallende Schlacke-Mengen weitgehend ausgeglichen werden, und es ermöglicht darüber hinaus durch ebenfalls vorgesehene gegenläufige Austragswalzen an den beiden Plattenenden des Puffer-Moduls eine Vorzerkleinerung größerer Schlacken-Anteile nach Brecher-Art.

Dennoch weist dieses Puffer-Modul Nachteile bzgl. einer kontinuierlichen Schlacke-Vorbehandlung insbesondere dahingehend auf, dass die unterschiedlichen Größen und variierenden Mengen der Schlacken- Aggregate nicht optimal vergleichmäßigt werden können.

Für die vorliegende Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Schlacken-Dosier- und -Granulier-Vorrichtung bereitzustellen, mit der die von der Schmelze-Oberfläche abgezogenen heißen Schlacken kontinuierlich gesammelt und in geregelten Mengen und einstellbaren Aggregatgrößen an nachgeschaltete Vorrichtungen weitergegeben werden können.

Gelöst wurde diese Aufgabe durch eine Vorrichtung bestehend aus

- einem Vorlagebehälter (1) zur Aufnahme der heißen Schlacke (2),
- mindestens einem sich räumlich unterhalb des Vorlagebehälters (1) befindlichen und mit Hilfe einer Antriebseinheit (3.1) in Richtung eines seitlichen Endes des Vorlagebehälters (1) rotierbaren Walzenförmigen Modul (3) mit Sägezahn-förmigen Oberflächenkonturen,
- mindestens einer am seitlichen unteren Ende des Vorlagebehälters (1) lotrecht zur Achse des Moduls (3) schwenkbar angebrachten und der Rotationsrichtung des Moduls (3) zugewandten Spaltklappe (4), deren Höhe mindestens dem Abstand der Walzenachse des Moduls (3) von der Unterseite des Vorlagebehälters (1) entspricht, sowie
- einer Aufnahmevorrichtung (5) für die mit dem Modul (3) granulierte Schlacke (2).

Im geregelten Betrieb hat sich überraschend herausgestellt, dass sich vor allem die großen Mengen an Schlacke mit zum Teil überaus hohen Temperaturen bis zu 1400°C kaum negativ auf die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirken, da die im Vorlagebehälter (1) gelagerten Schlacke-Mengen (2) zum einen geschichtet von oben nach unten vorkühlen und zum anderen die diskontinuierlich abgezogenen und teilweise sehr großen Schlacke-Portionen von ca. 10 t durch die Puffer- Wirkung im Vorlagebehälter (1) nicht direkt auf das Modul (3) treffen. Dadurch ist eine äußerst effiziente und die Vorrichtung schonende Granulierung und Dosierung der Schlacke möglich, was die Wirtschaftlichkeit der Schlacke-Aufbereitung deutlich erhöht.

Mit der vorliegenden Vorrichtung können nun bis zu 1400°C heiße Schlacken in großen Portionen in den Vorlagebehälter (1) eingebracht werden, der vorzugsweise kühlbar ist, was die Vorkonditionierung der weiterzubefördernden Schlacke zusätzlich unterstützt.

Des Weiteren empfiehlt die vorliegende Erfindung, dass der Vorlagebehälter (1) auf der dem Modul (3) zugewandten Unterseite mit einem Trichter-förmigen Auslass (1.1) versehen ist, wodurch die Schlacken- Aggregate in geometrisch günstiger Weise auf das/die Modul(e) (3) geleitet werden können.

Zur zusätzlichen Schonung der Walzen-Module (3) kann der Rohschlacke (2) im Aufgabe-Bereich des Vorlagebehälters (1) ein Inertmaterial beispielsweise in Form von Kalk zudosiert werden.

Wie bereits angesprochen, besteht ein erfindungswesentliches Merkmal der beanspruchten Vorrichtung darin, dass das Walzenförmige Modul (3) eine konturierte Oberfläche aufweist, wofür die Erfindung insbesondere vorsieht, dass das Modul (3) Sägezahn-förmige Oberflächenkonturen besitzt. Auf diese Weise und im Zusammenwirken mit dem rotierbaren Antrieb (3.1) können mit Hilfe des Moduls (3) die unterschiedlich großen und heißen Schlacke-Aggregate (2) in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Moduls (3) und der Sägezahn-Anzahl und -Geometrie zeitabhängig auf eine spezielle Sieblinie gebracht werden.

Den Antrieb des Moduls (3) betreffend hat es sich als sehr günstig erwiesen, wenn dieser elektrisch oder hydraulisch erfolgt, was die vorliegende Erfindung insbesondere berücksichtigt.

Wie ebenfalls bereits erwähnt, besteht das Hauptproblem beim Konditionieren heißer Schlacken in deren hohen Temperaturen. Diesem Umstand trägt die erfindungsgemäße Vorrichtung Rechnung, indem das Modul (3) aus einem hochhitzebeständigen Material, wie z. B. Siliciumnitrid, besteht und/oder indem das Modul (3) - wie der Vorlagebehälter (1) auch - kühlbar ist.

Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Dosieren und Granulieren von Schlacken aller Art werden durch eine spezielle Vorrichtungsvariante unterstrichen, bei der erfindungsgemäß das Modul (3) aus mindestens zwei co-axialen, Kreissägeblatt-förmigen Scheiben besteht, deren Sägezähne zueinander versetzt sind, was jeweils um eine halbe Sägezahnlänge erfolgen sollte.

Auf diese Weise können die Schlacken-Aggregate in besonders vorteilhafter Art zerkleinert werden, wobei die Anzahl der co-axial angeordneten Scheiben nach oben kaum limitiert ist. Selbstverständlich können damit auch unterschiedlich dicke Scheiben und Scheiben mit voneinander abweichenden Durchmessern kombiniert werden.

Bzgl. der ebenfalls erfindungswesentlichen Spaltklappe (4) sieht die vorliegende Erfindung vor, dass sie hydraulisch oder mechanisch schwenkbar ist (4.1). Mit dieser Konstruktionsweise kann die Spaltweite zwischen dem rotierbaren Modul (3) und der Spaltklappe (4) besonders gut variiert werden, wodurch der Zerkleinerungsgrad der Schlacken- Aggregate noch gezielter eingestellt werden kann. In diesem Zusammenhang hat sich ein maximaler Schwenkwinkel von 40 bis 45° als besonders günstig erwiesen. Ist der Verstellmechanismus (4.1) der Spaltklappe (4) deaktiviert und der Widerstand der Spaltklappe gegen die sich zwischen Modul (3) und Spaltklappe (4) befindlichen Schlacken- Aggregate (2) dadurch weitgehend aufgehoben, wirkt die Spaltklappe (4) ähnlich einer freibeweglichen "Flipper-Klappe", was üblicherweise bei einem möglichen Verlegen des Klappen-Spaltes durch übergroße und/oder schwere Schlacken-Aggregate von Vorteil ist, da die Spaltklappe (4) dann durch die Masse des/der Schlacken-Aggregat(e) vom Modul (3) weggedrückt und der Schlackenstau so aufgehoben werden kann.

Auch im Falle der Spaltklappe (4) hat es sich als günstig erwiesen, wenn sie aus einem hochhitzebeständigen Material gefertigt ist; aber auch feuerfeste Materialien kommen gemäß Erfindung in Frage. In speziellen Anwendungsfällen kann es günstig sein, wenn lediglich die Wirkfläche (4.2) der Spaltklappe (4), also die der Schlacke (2) und dem Modul (3) zugewandte Fläche aus hochhitzebeständigem und/oder feuerfestem Material ist.

Aufgrund seiner speziellen Wirkungsweise sieht die Erfindung auch für die Spaltklappe (4) vor, dass sie kühlbar ist.

Insbesondere im Falle der besonderen Konstruktionsform des Moduls (3) als Aneinanderreihung co-axialer Kreissägeblatt-förmiger Scheiben mit Sägezahn-konturierter Oberfläche, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auch die dem Modul (3) zugewandte Spaltklappenfläche (4.2) konturiert ist. Im günstigsten Fall greifen dann die Sägezahn-förmigen Erhebungen der Modul-Oberflächen in Rillen-förmige Ausnehmungen der Spaltklappen- Oberfläche, was eine besonders feine Vermahlung der Schlacken- Aggregate ermöglicht.

Möglich ist aber auch eine genoppte oder geriffelte Spaltklappen- Oberfläche (4.2), wodurch in jedem Fall die Schlacke-Zerkleinerung durch das Modul (3) im Zusammenwirken mit der Spaltklappe (4) unterstützt wird.

Besonders vorteilhaft hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Variante erwiesen, bei der sich unterhalb des Vorlagebehälters (1) mindestens eine Einheit bestehend aus zwei Modulen (3) und zwei Spaltklappen (4) befindet, wobei die Module (3) gegenläufig in Richtung der jeweils nächstliegenden Spaltklappe (4) bewegbar sind und sich die Spaltklappen (4) jeweils an den sich gegenüberliegenden unteren Seitenenden des Vorlagebehälters (1) befinden.

Diese Einheit besteht somit aus zwei spiegelbildlich angeordneten Untereinheiten aus je einem Modul (3) und einer Spaltklappe (4), wobei sich die Module (3) ohne Spalt an ihren jeweiligen Rotationsrichts abgewandten Seiten (also mit ihren "Rücken") fast berühren oder aber einen variablen Spalt bilden können. Im Idealfall befinden sich die beiden Module (3) bei dieser Vorrichtungsvariante mittig unter der Auslass- Öffnung des Vorlagebehälters (1) und die beiden Spaltklappen (4) bedingen zu dem ihnen jeweils naheliegenden Modul (3) identische Spaltbreiten.

Möglich ist aber auch, dass eine Spaltklappe (4) den Spalt zu "seinem" Modul (3) fast völlig schließt und/oder dass sich dieses Modul nicht rotierend bewegt, wodurch dann ein nur einseitiger Austrag der granulierten Schlacke (2.1) durch das andere sich rotierend bewegende Modul (3) erfolgt, was im übrigen auch möglich ist, wenn beide Module (3) bei einseitig geschlossener Spaltklappe (4) gleichorientiert auf die sich öffnende Spaltklappe zu rotieren, wobei dann natürlich auch die Oberfläche der Module (3) gleichorientiert konturiert sein muss. Es kann für bestimmte Anwendungsfälle aber auch empfehlenswert sein, wenn mehrere Module (3) zusätzlich zu der beschriebenen Variante mit den spiegelbildlich angeordneten Untereinheiten oder alternativ dazu räumlich untereinander positioniert sind.

In jedem Fall wird die so granulierte Schlacke (2.1) dosiert der Aufgabe- Vorrichtung (5) zugeführt, die erfindungsgemäß ebenfalls kühlbar ist.

Für die im Rahmen dieser Erfindung jeweils vorgesehene Kühlung des Vorlagebehälters (1) und/oder des Moduls (3) und/oder der Spaltklappe (4) und/oder der Aufnahmevorrichtung (5) ist vorgesehen, dass dies mit einem Medium der Reihe Wasser, Metallschmelze, Inertgas, verflüssigte Gase, feuchte Gas(-gemische), fluidisierbare inerte Pulver oder Kombinationen daraus erfolgt. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Schlacke-Arten und -Temperaturen berücksichtigt werden, aber auch durch Kombination unterschiedlicher Kühlungsweisen und dabei unter Nutzung der Temperaturschwankungen zwischen Vorrichtung und Schlacke bestimmte Qualitäten an Schlacken-Granulaten erhalten werden.

Als Aufnahmevorrichtung (5) haben sich Förderelemente besonders bewährt, die die zerkleinerten Schlacken-Granulate (2.1) z. B. aus dem Hochofen-Bereich wegbefördern, wobei Schwingrinnen oder Stufenroste besonders geeignet sind, die natürlich ohne Weiteres mit Zusatz- Aggregaten, wie beispielsweise Überwachungseinrichtungen kombiniert werden können.

Schließlich sieht die vorliegende Erfindung auch noch vor, dass die Drehachse des Moduls (3) und/oder die Spaltweite zwischen Modul (3) und der Spaltklappe (4) und/oder die Spaltweite zwischen zwei Modulen (3) variabel sind, was die Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten der beanspruchten Schlacken-Dosier- und -Granulier-Vorrichtung zusätzlich erhöht.

Die nachfolgende Abbildung veranschaulicht die prinzipielle Arbeitsweise der beanspruchten Vorrichtung und gibt spezielle Ausgestaltungsvarianten wieder.

Claims

1. Schlacken-Dosier- und -Granulier-Vorrichtung bestehend aus

- einem Vorlagebehälter (1) zur Aufnahme der heißen Schlacke (2),
- mindestens einem sich räumlich unterhalb des Vorlagebehälters (1) befindlichen und mit Hilfe einer Antriebseinheit (3.1) in Richtung eines seitlichen Endes des Vorlagebehälters (1) rotierbaren Walzen förmigen Modul (3) mit Sägezahn-förmigen Oberflächenkonturen,
- mindestens einer am seitlichen unteren Ende des Vorlagebehälters (1) lotrecht zur Achse des Moduls (3) schwenkbar angebrachten und der Rotationsrichtung des Moduls (3) zugewandten Spaltklappe (4), deren Höhe mindestens dem Abstand der Walzenachse des Moduls (3) von der Unterseite des Vorlagebehälters (1) entspricht, sowie
- einer Aufnahmevorrichtung (5) für die mit dem Modul (3) granulierte Schlacke (2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlagebehälter (1) kühlbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlagebehälter (1) auf der dem Modul (3) zugewandten Unterseite mit einem Trichter-förmigen Auslass (1.1) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (3) elektrisch oder hydraulisch (3.1) antreibbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (3) aus einem hochhitzebeständigen Material, wie z. B. Siliciumnitrid, besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (3) kühlbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (3) aus mindestens zwei co-axialen, Kreissägeblatt-förmigen Scheiben besteht, deren Sägezähne zueinander versetzt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltklappe (4) hydraulisch oder mechanisch (4.1) schwenkbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltklappe (4) aus einem hochhitzebeständigen und/oder feuerfesten Material besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltklappe (4) kühlbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Modul (3) zugewandte Spaltklappenfläche (4.2) konturiert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich unterhalb des Vorlagebehälters (1) mindestens eine Einheit bestehend aus zwei Modulen (3) und zwei Spaltklappen (4) befindet, wobei die Module (3) gegenläufig in Richtung der jeweils nächstliegenden Spaltklappe (4) bewegbar sind und sich die Spaltklappen (4) jeweils an den sich gegenüberliegenden unteren Seitenenden des Vorlagebehälters (1) befinden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Modul (3) in Richtung der sich ihm am nächsten befindenden Spaltklappe (4) rotierend bewegbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgabevorrichtung (5) kühlbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Vorlagebehälters (1) und/oder des Moduls (3) und/oder der Spaltklappe (4) und/oder der Aufnahmevorrichtung (5) mit einem Medium der Reihe Wasser, Metallschmelze, Inertgas, verflüssigte Gase, feuchte Gas(-gemische), fluidisierbare inerte Pulver oder Kombinationen daraus, erfolgt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Aufnahmevorrichtung (5) um ein Förderelement handelt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Moduls (3) und/oder die Spaltweite zwischen Modul (3) und der Spaltklappe (4) und/oder die Spaltweite zwischen zwei Modulen (3) variabel sind.