DE3626772A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von strassenbaustoffen und waermerueckgewinnung aus metallurgischen schlacken - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von strassenbaustoffen und waermerueckgewinnung aus metallurgischen schlackenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Straßenbaustoffen und Wärmerückgewinnung aus
metallurgischen Schlacken, wie Hochofen-, Stahlwerks- und
Metallhüttenschlacken. Ferner betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Herstellung von Roheisen und Stahl entstehen große
Mengen metallurgischer Schlacken, die einen hohen
Wärmeinhalt aufweisen. So fielen z. B. in der Bundesrepublik
Deutschland im Jahre 1984 ca. 9,5 Mio. Tonnen
Hochofenschlacke und 5,2 Mio. Tonnen Stahlwerksschlacke
an, mit ca. 27,4 PJ; dieser Wärmeinhalt entspricht ca.
950 000 Tonnen Steinkohleeinheiten.
Wegen der erheblichen Energiepreissteigerungen aufgrund
der Ölkrisen hat es in den letzten Jahren verschiedene
Vorschläge, insbesondere in Japan und Schweden, gegeben,
die Schlacke nicht mehr wie bisher in Schlackenbeete
abzugießen und dort abkühlen und erstarren zu lassen,
sondern das Wärmepotential der Schlacken durch
Rückgewinnung auszunutzen. Bei dem heute üblichen Weg des
Vergießens der Schlacke in Schlackenbeete und
Erstarrenlassen entsteht eine kristalline Schlacke, die
sich günstig im Straßenbau bewährt hat. Bei diesem
Verfahren wird die Schlacke schichtweise übereinander im
Schlackenbeet abgegossen. Auf diese Weise wird eine
plötzliche Abkühlung der Schichten und eine glasige
Ausbildung der Schlacke verhindert, eine gleichmäßige
Durchwärmung der Schlacken erzielt und dabei eine Schlacke
mit kristallinem Charakter erzeugt. Eine Wärmerückgewinnung
ist bei diesem Verfahren nicht möglich.
In Japan sind zwei Wege vorgeschlagen worden, um aus
Schlacken Wärme zurück zu gewinnen.
Einmal wurde Stahlwerksschlacke schlagartig mit Luft verdüst
und dabei die Strahlungswärme und der konvektive und
leitende Wärmeanteil in einem geschlossenen Behälter zur
Dampferzeugung entnommen. Das durch die Versprühung
entstandene feine kugelförmige Schlackenmaterial sollte, da
es in glasiger Form vorlag, zum Bestrahlen und Säubern von
Schiffen eingesetzt werden. Da dieses Material jedoch zu
hart war und neben Rost und Farbe die stählernen
Schiffsteile angriff, wurde dieser Gedanke fallengelassen.
Als zweite Möglichkeit ist das Vergießen von
Hochofenschlacke zwischen zwei gekühlten Walzen untersucht
worden. In den verwendeten Kupferwalzen wurde eine
organische Flüssigkeit aufgeheizt, die eine optimale
Wärmeabfuhr ermöglichte. Das dünne Schlackenmaterial war
jedoch nicht verkaufsfähig, so daß dieses Verfahren nur
zu hohen Deponiekosten für die Schlacke führte.
Auf einem weiteren Weg wurde Schlacke durch ein Wirbelbett
und einen Wärmetauscher geführt. Das so erzeugte
Schlackengranulat hatte eine maximale Körnung von 3 bis
5 mm mit glasigen Anteilen.
Ferner wurde vorgeschlagen, in einem ersten Schritt die
Schlacke in einen Behälter zu geben und die Strahlungswärme
der Schlacke dort zu entnehmen. Da sich schnell ein
erkaltender Deckel auf der Schlacke bildet, der die
Strahlungswärme nicht austreten läßt, wurde eine
Rührvorrichtung vorgeschlagen und in einer Pilotanlage
eingesetzt. Nach größtmöglicher Wärmeentnahme im flüssigen
Bereich wurde Schlacke granuliert, abgegossen, einem
Schacht zugeführt und in diesem die restliche Wärme durch
Luft entzogen. Die entstandenen Granulate waren überwiegend
kristallin mit glasigen Anteilen, doch sind sie als
Straßenbaustoff, an den bestimmte Anforderungen gestellt
werden, bedingt geeignet (DE-OS 31 02 296).
Nach einem weiteren Vorschlag wird anstelle eines Behälters
mit Rührvorrichtung eine sich drehende Trommel verwendet,
deren Außenfläche gekühlt wird. Die Schlackenschmelze wird
an der einen Seite der geneigt angeordneten Trommel in diese
eingegossen und mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als
20°C/min bis zur Verfestigung abgekühlt. Während die
Trommel sich um ihre Achse dreht, nimmt sie an der
Innenwandung sich verfestigende Schlacke mit, die nach
weiterer Drehung unter dem Einfluß der Schwerkraft
herabfällt, zerbrochen wird und weitere Schlackenstücke
zerbricht. Der sich bildende Schlackenschotter gelangt nach
dem Austritt aus der Trommel in einen Wärmetauscherturm, der
aus einer Speicherkammer und einer Wärmeaustauschkammer
besteht, in welcher die restliche Wärme der
Schlackenschotterstücke durch Luft zurückgewonnen wird
(DE-OS 25 58 908). Die Nachteile dieses Verfahrens und der
zugehörigen Vorrichtung sind darin zu sehen, daß keine
Dosiereinrichtung für die Schlacke vorgesehen ist, um
konstant ein Füllungsverhältnis von mehr als 10% bei einer
Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 20°C/min zu erreichen,
was für die angestrebte Schlackenschotterqualität
Voraussetzung ist. Beim Gießen aus der Schlackenpfanne oder
beim Hochofenabstich ist eine konstante
Schlackeneinfüllmenge nicht gewährleistet, so daß die
Bildung eines Schlackenringes an der Innenfläche der
Trommel (Sticking) nicht ausgeschlossen werden kann, was
die gesamte Anlage außer Kraft setzt. Die Trommel wird über
Spritzdüsen mit Wasser gekühlt, wobei sich bei zu geringer
Schlackeneinfüllmenge glasige Schlackenbestandteile bilden,
während im Innern des Schlackenkörpers noch ein geringer
Anteil eines Schmelzsumpfes verbleibt. Da die
Speicherkammer zur Verbesserung der Kühlleistung
(Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmerückgewinnung)
dienen soll, wird den gebrochenen Schlackenkörpern
keinerlei Zeit zum Temperaturausgleich (Tempern der
Schlackenstücke = höhere λ-Werte) gegeben, so daß die
Speicherkammer in Wirklichkeit den Wirkungsgrad des
Wärmetauscherturmes verringert.
Nach einem weiteren Vorschlag wird Schlacke auf eine
wassergekühlte glatte Fläche gegossen und dort die Wärme
abgenommen. Eine günstige Entnahme soll dadurch erfolgen,
daß auch von oben eine weitere Kühlplatte aufgelegt wird.
Da mit wassergekühlten Platten die Wärme der
Schlackenschicht schnell entnommen wird, muß auch bei
dieser Verfahrensvariante damit gerechnet werden, daß die
Schlacke glasige Bestandteile enthält (Tetsu-to-Hagane,
71 (1985), S. 786).
Aus der DE-AS 15 08 039 sind ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung von Stückschlacke bekannt.
Hierbei wird die schmelzflüssige Schlacke in eine Anzahl
von Gießmulden gegossen, die auf einer endlosen über
Umlenksterne geführten Kette aufgereiht und zu einem
Gießstrang miteinander verbunden sind. Vor dem Einfüllen
der schmelzflüssigen Schlacke werden in die zu füllenden
Gießmulden bestimmte Mengen an Rückgut mit bestimmter
Korngröße vorgelegt, auf die die Schlacke auftrifft, sie
zum Teil niederschmilzt und zum Teil zusammensintert. Die
Gießmulden bewegen sich im gezogenen Trum des Gießstranges
unter langsamem Erkalten ihres Inhaltes bis zum oberen
Umlenkstern, an dem die nunmehr wenigstens an ihrer
Oberfläche erstarrten Blöcke aus den Gießmulden
herausfallen und in eine Schnurre gelangen. Zur intensiven
Kühlung der entleerten Gießmulden ist unterhalb des
rücklaufenden Trums des Gießstranges ein Kühlluftverteiler
angeordnet, der von einem Kühlluftgebläse gespeist wird.
Aus der Schnurre fallen die Blöcke in einen Kühlschacht,
der von Kühlluft durchströmt wird. Bei dieser Anlage ist
nachteilig, daß im Bereich des Gießstranges ein großer Teil
der Wärme der flüssigen und erstarrenden Schlacke
verlorengeht, weil die Gießmulden keine Abdeckung
aufweisen. Außerdem ist nicht vorgesehen, die durch Kühlung
der Gießmulden aufgeheizte Luft als rückgewonnene Wärme
zu nutzen. Ferner muß damit gerechnet werden, daß durch
die sofortige Abkühlung der Blöcke im Kühlschacht eine
kristalline Ausbildung derselben nicht vollständig
durchgeführt werden kann. Die Blöcke sind daher als
Straßenbaumaterial wenig geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der metallurgische
Schlacke in einen hochwertigen Straßenbaustoff übergeführt
werden kann bei gleichzeitiger verbesserter Wärmerückgewinnung.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
beschriebenen Gattung erfindungsgemäß durch die in den
Verfahrensansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.
Flüssige Hochofenschlacke wird bevorzugt im Bereich von
1200 bis 1400°C auf den profilierten Kühlkörper
gegossen. Bei Stahlwerksschlacken liegt die Temperatur
bevorzugt im Bereich von 1500 bis 1600°C. Durch das
Auflegen des zweiten profilierten Kühlkörpers mit
entsprechender Profilierung, die gemeinsam Sollbruchstellen
schaffen, wird beidseitig ein Teil der Wärme der Schlacke
entzogen, wobei gleichzeitig Schlackenstücke definierter
Stückgröße (Schlackenwürfel) verbunden durch dünne Rippen
oder Stege als Sollbruchstellen erzeugt werden. Die
Rückgewinnung der Wärme der flüssigen Schlacke bei
gleichzeitiger Einstellung einer geeigneten Schichtdicke
und Korngröße erfolgt unterhalb der
Erstarrungstemperatur der Schlacke.
Bei Verarbeitung von Hochofenschlacke ist die Abkühlzeit
der Schlackenschichten zwischen den Kühlkörpern möglichst
kurz zu wählen. Sie beträgt bevorzugt 5 bis 15 Minuten.
Durch diese schnelle Abkühlung bildet sich eine mehr oder
weniger stark ausgeprägte glasige Außenschale mit
kristallinen Anteilen, während der Kern noch flüssig ist.
Damit werden Schlackenstücke produziert, die im Innern noch
hohe Wärmepotentiale besitzen.
In der Vorkammer des Kühlaggregates, in welche die
Schlackenstücke nach dem Abkippen von den profilierten
Kühlkörpern gelangen, erfolgt zunächst ohne Kühlung ein
Temperaturausgleich zwischen dem flüssigen Kern und der
teilweise glasig erstarrten Außenschale, mit dem Ziel,
einer vollständigen Überführung der Schlacke in eine
kristalline Gesamtstruktur. Dieser Vorgang wird als
Temperschritt bezeichnet. Die Temperzeit für die
Schlackenstücke beträgt mit Vorteil 30 bis 90 Minuten. Der
Temperschritt wird durchgeführt, um das hohe Wärmepotential
aus der Mitte der Schlackenstücke durch die Überführung in
ein kristallines Gefüge schneller an die Oberfläche zu
transportieren, weil die Wärmeleitfähigkeit fester
kristalliner Schlacken mit steigender Temperatur zunimmt
und erheblich größer als die flüssiger Schlacke ist. Es
wurde nämlich überraschenderweise festgestellt, daß bei
der Überführung der Schlackenstücke mit teilweise glasiger
Außenschale in eine kristalline Gesamtstruktur der
Wärmetransport an die Oberfläche der Schlacke zusätzlich
beschleunigt wird.
Nachdem die kristalline Gesamtstruktur vorliegt, wird
anschließend in einem weiteren Schritt in der Hauptkammer
des Kühlaggregates der größte Teil der Wärme aus den
vorgeformten, durchgetemperten Schlackewürfeln entnommen.
Dazu werden die Schlackenstücke von der Vorkammer in die
Hauptkammer gefördert und mit Hilfe des durchströmenden
Kühlmediums auf Temperaturen von 150 bis 300°C
abgekühlt. Das Kühlmedium, bevorzugt Luft, wird beim
Durchströmen der Schlackenstücke erwärmt und zur Erzeugung
von Hochdruckdampf über einen Wärmetauscher geleitet. Der
Hochdruckdampf des ersten und dritten Schrittes kann einem
Kraftwerk zur Stromerzeugung zugeführt werden. Die
abgekühlten kristallinen Schlackenstücke erfüllen die
physikalischen Anforderungen für Straßenbaustoffe.
Bei Verarbeitung von Stahlwerksschlacken weisen die
Schlackenstücke nach der Abkühlung zwischen den
profilierten Kühlkörpern im allgemeinen bereits eine
kristalline Gesamtstruktur auf, so daß sie die Vorkammer
des Kühlaggregates ohne Temperbehandlung passieren können.
Dies trifft auch für die überwiegende Zahl von
Metallhüttenschlacken zu.
Die Erfindung bietet somit eine Lösung der mit der
Weiterverarbeitung metallurgischer Schlacken, insbesondere
Hochofen- und Stahlwerksschlacken, verbundenen Probleme
und ermöglicht es auf kontinuierliche Weise, verkaufsfähige
Straßenbaustoffe kostengünstig herzustellen und
gleichzeitig den hohen Wärmeinhalt der Schlacken in
wirtschaftlicher Weise zurückzugewinnen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist
gekennzeichnet durch die Merkmale der
Vorrichtungsansprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 die Gesamtvorrichtung in Ansicht,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die unteren und den oberen
profilierten Kühlkörper,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Gießanlage mit
profiliertem Kühlkörper,
Fig. 4 eine Seitenansicht der Kühlkörper mit einer
Profilierung und
Fig. 5 mit einer abgewandelten Profilierung.
Die Fig. 1 und 3 zeigen einen schienengebundenen
Schlackenwagen 1, wie er beispielsweise zum Transport
flüssiger Hochofenschlacke mit Hilfe einer Schlackenpfanne 2
verwendet wird. Die Vorrichtung weist gemäß Fig. 2 zwei
nebeneinander angeordnete untere metallische plattenförmige
Kühlkörper 4 auf mit einer Profilierung 5 an der Oberseite.
Die Kühlkörper 4 sind über Gelenke 11 nach unten abklappbar.
Zum Abkippen und zur Zurückführung der Kühlkörper 4 dienen
z. B. nicht dargestellte Seilwinden.
Oberhalb der Kühlkörper 4 ist ein oberer metallischer
plattenförmiger Kühlkörper 6 fahrbar angeordnet, mit einer
um 90° versetzten Profilierung 5 auf seiner Unterseite.
Der Kühlkörper 6 weist an den Seiten Räder 10 auf, die auf
Führungsschienen 9, welche parallel zu den plattenförmigen
Kühlkörpern 4 und 6 angeordnet sind, rollen. Der
Kühlkörper 6 kann mit Hilfe einer Seilwinde 6 a, einer nicht
dargestellten Hydraulik oder eines Exzenters auf den
Kühlkörper 4 abgesenkt werden.
Die Profilierung 5 der Kühlkörper 4 und 6 besteht, wie
Fig. 4 zeigt, aus Profilflächen 5 a, die bei der ersten
Ausführungsform einen Winkel von 90° und bei einer
zweiten Ausführungsform einen Winkel von 45°
einschließen.
Unterhalb der Kühlkörper 4, 6 ist ein Bunker 12 mit einem
Transportband 13 angeordnet.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weisen die Kühlkörper 4 und 6
Zuleitungen 7 für das Kühlmedium Wasser und Ableitungen 8
für das Kühlmedium in Form eines Wasser-Dampf-Gemisches
auf.
Gemäß Fig. 1, 2 und 3 wird ein Schlackenwagen 1 mit einer
gefüllten Schlackenpfanne 2 neben eine Verteilerrinne 3
gefahren, die zwischen den beiden Kühlkörpern 4 angeordnet
ist. Nach dem Verschwenken der Verteilerrinne 3 über die
rechte Kühlplatte 4 wird durch Kippen der Schlackenpfanne 2
eine Schlackenschicht auf den rechten Kühlkörper 4
aufgebracht. Anschließend wird der zweite metallische
plattenförmige Kühlkörper 6 mit der um 90° versetzten
Profilierung über den Kühlkörper 4 gefahren und abgesenkt.
Dabei drücken sich die Profilierungen 5 des Kühlkörpers 6
in die Schlackenschicht ein. Hierdurch entstehen
vorgeformte Schlackenstücke. Durch die Zuleitung 7 wird
Kühlwasser durch die Kühlkörper 4 und 6 geleitet; das bei
der Abkühlung der Schlackenschicht entstehende
Wasser-Dampf-Gemisch tritt aus den Ableitungen 8 aus. Gegen
Ende der Abkühlzeit wird die Verteilerrinne 3 auf den
benachbarten linken Kühlkörper 4 geschwenkt und eine neue
Schlackenschicht auf seine Oberseite aufgebracht.
Anschließend wird der Kühlkörper 6 vom Kühlkörper 4
abgehoben, über den benachbarten Kühlkörper 4 gefahren und
abgesenkt.
Die vorgeformten Schlackenstücke auf dem rechten
Kühlkörper 4 werden durch Abkippen desselben nach unten
mit Hilfe des Gelenkes 11 abgekippt und fallen im Bunker 12
auf das Transportband 13. Kurz vor Ende der Abkühlzeit der
Schlackenschicht, die auf dem linken Kühlkörper 4 liegt,
wird die Verteilerrinne 3 wieder über den rechten
Kühlkörper 4, der mit Hilfe nicht eingezeichneter
Seilwinden wieder in die waagerechte Lage gezogen wurde,
geschwenkt und eine neue Schlackenschicht aufgebracht.
Anschließend wird der Kühlkörper 6 wieder über den rechten
Kühlkörper 4 gefahren und abgesenkt. Die vorgeformten
Schlackenstücke auf dem linken Kühlkörper 4 werden durch
Abkippen desselben um das Gelenk 11 abgekippt und fallen
im Bunker 12 wieder auf das Transportband 13. In dieser
Weise wird der Vorgang laufend wiederholt.
Das Förderband 13 befördert die Schlackenstücke in einen Schlackenkübel 14, der mit Hilfe der Fördervorrichtung 15
auf die verschließbare Einlaßöffnung 18 der Vorkammer 16
eines Kühlaggregates gefördert wird. Nach Füllen der
Vorkammer 16 wird die Einlaßöffnung 18 verschlossen. In
der verschlossenen Vorkammer 16 werden die Schlackenstücke
anschließend ohne Wärmeabfuhr getempert.
Nach Abschluß der Temperbehandlung fallen die
Schlackenstücke nach Öffnen einer Auslaßschleuse 19 in die
Hauptkammer 17 des Kühlaggregates. Dieses Kühlaggregat
weist im unteren Teil eine Zuleitung 21 für Kühlluft und
im oberen Teil eine Ableitung 22 für die erhitzte Kühlluft
auf. Ferner besitzt die Hauptkammer 17 für die erhitzte Kühlluft
eine verschließbare
Auslaßschleuse 20. Die Ableitung 22 mündet in einen
Dampfkessel 24, der einen Wärmetauscher 25 aufweist. Der
Wärmetauscher 25 ist mit der Ableitung 8 der Kühlkörper 4
und 6 verbunden. Ferner weist der Wärmetauscher 25 eine
Heißdampfleitung 26 auf, die zu einer nicht dargestellten
Turbine mit Generator zur Stromerzeugung führt. Der
Wärmetauscher 25 ist über eine Leitung 28 mit einem
Reinigungszyklon 27 verbunden zur Reingung der abgekühlten
Kühlluft. Die gesäuberte Kühlluft wird über eine Leitung 29
einem Gebläse 23 zugeleitet, welche die gereinigte und
abgekühlte Luft über die Leitung 21 in die Hauptkammer 17
des Kühlaggregates leitet. Unterhalb der Auslaßschleuse 20
der Hauptkammer 17 ist ein Förderband 30 angeordnet,
welches die abgekühlten Schlackenkörper in ein
Transportgefäß 31 befördert.
Nachfolgend werden Anwendungsbeispiele gegeben.
Der Inhalt der Schlackenpfanne 2 lag je nach Füllgrad
zwischen 13 bis 18 m3 Hochofenschlacke. Die durch eine
Pyrometermessung ermittelte Temperatur betrug zwischen
1.250 bis 1.400°C bei einem λ-Wert der flüssigen
Schlacke von 0,2 bis 0,3 W/mK.
In zwei Ausführungsbeispielen wurden als Kühlkörper 4, 6
solche mit einer 90°-Profilierung verwendet und in einem
weiteren Kühlkörper 4 mit einer 45°-Profilierung
eingesetzt, wobei jeweils die Profilierung der Kühlkörper 4
an der Oberseite gegenüber der Profilierung an der
Unterseite der Kühlkörper 6 um 90° versetzt war. Die
Größe der Kühlkörper betrug jeweils 4 m2.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die erzielten Daten
enthalten.
Die Daten zeigen das Maß der rückgewonnenen Wärme aus den
Schlackenschichten, wobei bei Verwendung der
erfindungsgemäßen Kühlkörper mit 45°-Profilierung die
Wärmerückgewinnung etwas günstiger ist als mit den
Kühlkörpern mit 90°-Profilierung.
Die abgekippten Schlackenstücke wurden mit einer mittleren
Temperatur von ca. 900°C in die Vorkammer 16 des
Kühlaggregates eingegeben. Das Volumen der Vorkammer 16
betrug etwa 30% des Volumens der Hauptkammer 17. Die
Temperzeit betrug ca. 60 min.
Nach Beendigung der Temperung in der Vorkammer 16 wurden
die Schlackenkörper in die Hauptkammer 17 überführt und
während einer Verweilzeit von 3 h auf 150 bis 300°C
abgekühlt. Die verwendete Kühlluft hatte beim Eintritt eine
Temperatur von 120°C und beim Austritt eine solche von
750 bis 900°C. Der g-Wert der Schlackenstücke betrug
beim Eintritt in die Hauptkammer 17 1,0 W/mK und belief
sich beim Austritt auf 1,6 W/mK. Dieser Wert zeigt, daß
die Schlackenstücke nach dem Austritt aus der
Hauptkammer 17 eine vollkommen kristalline Struktur
aufweisen.
Die chemische Analyse der Schlackenstücke nach Verlassen
des Kühlaggregates lautete:
38-44% CaO
6-9% MgO
32-38% SiO2
8-14% Al2O3
0,5-3,0% TiO2
0,5-2,0% S
0,1-0,6% FeO
0,1-1,0% MnO
6-9% MgO
32-38% SiO2
8-14% Al2O3
0,5-3,0% TiO2
0,5-2,0% S
0,1-0,6% FeO
0,1-1,0% MnO
Die physikalischen Eigenschaften der aufbereiteten Schlacke
ermittelt an der Körnung 35-45 mm lauteten:
Rohdichte:1,6-2,4 g/cm3
Schüttdichte:0,7-1,2 g/cm3
Diese Daten zeigen die Eignung der erfindungsgemäß
hergestellten Schlackenstücke als Straßenbaustoff.
Insgesamt ergibt sich ein Anteil der Wärmerückgewinnung
durch die Kühlkörper 4 und 6 von etwa 20 bis 30% und ein
Anteil der Wärmerückgewinnung im Kühlaggregat 16/17 von
etwa 70 bis 80%.
Der Inhalt der Schlackenpfanne 2 lag je nach Füllgrad
zwischen 8 und 20 m3 Stahlwerksschlacke. Die mit einer
Pyrometermessung ermittelte Temperatur betrug zwischen
1500 und 1550°C.
Die in dem Versuch verwendeten erfindungsgemäßen
Kühlkörper 4 und 6 hatten eine Größe von 4 m2.
In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die erzielten Daten
wiedergegeben worden:
90°-Profilierung
Dicke der aufgebrachten
Schlackenschicht (cm) 8,0 Menge der aufgebrachten
Schlackenschicht (kg) 581 Abkühlzeit (min) 12 abgegebene Wärmemenge an
unteren Kühlkörper
(Leitung) (MJ) 295,9 abgegebene Wärmemenge an
oberen Kühlkörper
(Strahlung) (MJ) 151,9 Außentemperatur der
Schlackenwürfel beim
Abkippen (°C) 675 Kerntemperatur der
Schlackenwürfel beim
Abkippen (°C)1020 Wärmeleitfähigkeit λ
(W/mK) der
Schlackenwürfel außen 1,3 des Kernes--
Schlackenschicht (cm) 8,0 Menge der aufgebrachten
Schlackenschicht (kg) 581 Abkühlzeit (min) 12 abgegebene Wärmemenge an
unteren Kühlkörper
(Leitung) (MJ) 295,9 abgegebene Wärmemenge an
oberen Kühlkörper
(Strahlung) (MJ) 151,9 Außentemperatur der
Schlackenwürfel beim
Abkippen (°C) 675 Kerntemperatur der
Schlackenwürfel beim
Abkippen (°C)1020 Wärmeleitfähigkeit λ
(W/mK) der
Schlackenwürfel außen 1,3 des Kernes--
Der λ-Wert der Schlackenwürfel zeigt, daß diese bereits
eine vollkommen kristalline Struktur aufweisen.
Die abgekippten Schlackenstücke mit einer mittleren
Temperatur von ca. 1000°C können daher ohne
Temperbehandlung die Vorkammer 16 des Kühlaggregates
passieren.
Nach Eintritt der Schlackenstücke in die Hauptkammer 17
wurden sie während einer Verweilzeit von 3 h auf 150 bis
300°C abgekühlt. Die verwendete Kühlluft hatte beim
Eintritt eine Temperatur von 120°C und beim Austritt
eine solche von etwa 750 bis 900°C.
Die chemische Analyse der Schlackenstücke nach Verlassen
des Kühlaggregates lautete:
40-55% CaO
1-5% Al2O3
1-6% MgO
2-5% MnO
8-20% SiO2
0,05-0,5% S
12-28% Feges
1-5% Al2O3
1-6% MgO
2-5% MnO
8-20% SiO2
0,05-0,5% S
12-28% Feges
Die physikalischen Eigenschaften der aufbereiteten Schlacke
ermittelt an der Körnung 35 bis 45 mm lauteten:
Rohdichte λ R = 3,0-3,8 g/cm3
Schüttdichte= 1,4-2,1 g/cm3
Diese Daten zeigen die Eignung der erfindungsgemäß
hergestellten Schlackenstücke als Straßenbaustoff.
Insgesamt ergibt sich ein Anteil der Wärmerückgewinnung
durch die Kühlkörper 4 und 6 von etwa 20 bis 30% und ein
Anteil der Wärmerückgewinnung im Kühlaggregat 16/17 von
etwa 70 bis 80%.
Claims (14)
1. Verfahren zur Herstellung von Straßenbaustoffen aus
metallurgischen Schlacken, wie Hochofen-, Stahlwerks-
und Metallhüttenschlacke, unter gleichzeitiger
Wärmerückgewinnung,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die flüssige Schlacke auf profilierte von einem Kühlmedium durchströmte Kühlkörper unter Ausbildung einer Schlackenschicht gegossen,
- b) in die noch zähflüssige Schlackenschicht ein weiterer von einem Kühlmedium durchströmter Kühlkörper mit entsprechender Profilierung unter Bildung von Sollbruchstellen eingedrückt und
- c) die erstarrte Schlacke abgekippt und dabei in möglichst viele Schlackenstücke zerbrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Schlackenstücke zur abschließenden Wärmerückgewinnung
von einem gasförmigen Kühlmedium umströmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß bei
Verarbeitung von Hochofenschlacken die Schlackenschicht
zwischen den Kühlkörpern auf eine solche Temperatur
abgekühlt wird, daß die vorgeformten Schlackenstücke eine
glasige Außenschale mit kristallinen Anteilen und einem
flüssigen Kern aufweisen und die vorgeformten
Schlackenstücke nach dem Abkippen und Zerbrechen in
separate Schlackenstücke und vor dem eventuellen
Umströmen mit einem gasförmigen Kühlmedium zur
Einstellung einer kristallinen Gesamtstruktur getempert
werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Schichtdicke der flüssigen Schlacke auf den profilierten
Kühlkörpern 60 bis 150 mm beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperatur auf die die Schlackenschicht bis zum Abkippen
abgekühlt wird im Bereich von 600 bis 1200°C liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
zerbrochenen Schlackenstücke 30 bis 90 Minuten lang
getempert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß als
Kühlmedium für die profilierten Kühlkörper vorgewärmtes
Kesselspeisewasser und als gasförmiges Kühlmedium für
die zerbrochenen Schlackenstücke Luft verwendet wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den
Ansprüchen 1 bis 7,
gekennzeichnet durch die Kombination
folgender Anlagenteile
- (A) untere metallische plattenförmige Kühlkörper (4) mit einer Profilierung (5) auf der Oberseite und Anschlüssen (7, 8) für die Zu- und Ableitung eines Kühlmediums,
- (B) obere metallische plattenförmige Kühlkörper (6) mit entsprechender Profilierung (5) auf der Unterseite und Anschlüssen (7, 8) für die Zu- und Ableitung eines Kühlmediums,
- (C) Mittel zum Abgießen einer Schicht (30) flüssiger Schlacke auf die Oberseite der unteren Kühlkörper (4),
- (D) Mittel zum Bewegen der Kühlkörper (4, 6) in eine übereinander angeordnete Position und zur Absenkung des oberen Kühlkörpers (6) auf den unteren (4) oder zur Anhebung des unteren (4) gegenüber dem oberen Kühlkörper (6) und
- (E) Mittel (11) zur Förderung der auf der Oberseite der unteren Kühlkörper (4) liegenden teilweise abgekühlten Schlackenstücke in einen Bunker (12).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei
oder mehrere untere Kühlkörper (4) nebeneinander
angeordnet sind, mit einer dazwischen angeordneten
Verteilerrinne (3) für flüssige Schlacke und daß den
unteren Kühlkörpern (4) verfahrbare und absenkbare obere
Kühlkörper (6) zugeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Profilierung (5) der Kühlkörper (4, 6) die Form von
Längsrillen hat, deren Flanken (5 a) einen Winkel (α)
von 30 bis 90°, insbesondere 45°, einschließen,
wobei die Längsrillen im oberen Kühlkörper (6) im
Winkel von etwa 90° zu den Längsrillen im unteren
Kühlkörper (4) liegen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß im
Anschluß an den Bunker (12) Mittel (13, 14, 15) zur
Förderung der Schlackenstücke aus dem Bunker (12) in
ein Kühlaggregat vorgesehen sind und daß das
Kühlaggregat aus einer Vorkammer (16) und einer
anschließenden Hauptkammer (17) besteht, die Zu- und
Ableitungen (21, 22) für ein Kühlmedium aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorkammer (16) mit einer verschließbaren
Einlaßöffnung (18) und einer verschließbaren
Auslaßschleuse (19) ausgerüstet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Hauptkammer (17) eine Auslaßschleuse (20) für die
abgekühlten Schlackenstücke aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Wärmetauscher (25) vorgesehen ist, der mit den
Ableitungen (8, 22) der Kühlmedien, der unteren und
oberen Kühlkörper (4, 6) und der Hauptkammer (17) des
Kühlaggregates verbunden ist.
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