DE2328351B1

DE2328351B1 - Verfahren zur Herstellung agglomerierter synthetischer Schlacke

Info

Publication number: DE2328351B1
Application number: DE19732328351
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Chem. Dr. Ritzmann; Hans-Gerd Dipl.-Ing. Schulte
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1973-06-04
Filing date: 1973-06-04
Publication date: 1974-10-31
Also published as: JPS5021920A; DE2328351C2

Description

Nachteilig bei der Verwendung eines langen Drehrohrofens für die Wärmebehandlung der Grünpellets ist vor allem der hohe spezifische Wärmeverbrauch von 1000 bis 2000 kcal/kg Pellets (je nach Art der verwendeten Mischung). Da ferner die Pellets im Temperaturbereich zwischen 600 und 10000 C wegen der Entsäuerung des Kalkes und gegebenenfalls wegen der Kalzinierung anderer Mischungsbestandteile nur eine geringe Festigkeit besitzen, entsteht durch Pelletbruch und Pelletabrieb feinkörniges bis grießiges Material, was starke Ringbildung und Verklumpung des Brenngutes auslöst.
Bei Wanderrost-Drehrohrofen-Anlagen wird demgegenüber eine zufriedenstellende Wärmewirtschaftlichkeit erreicht (der spezifische Wärmeverbrauch liegt je nach Art der verwendeten Mischung zwischen 500 und 1300 koaUkg Pellets). Ferner wird die Trocknung und Vorwärmung der Grünpellets in der ruhenden Schicht auf dem Wanderrost sehr schonend durchgeführt. Das Fertiggut ist gleichmäßig in Korngröße und Brenngrad. Problematisch ist hierbei jedoch der verhältnismäßig störanfällige Brennprozeß.
Da nämlich die bei der Vorwärmung auf dem Wanderrost erreichte Pelletfestigkeit für die Beanspruchung im Drehrohrofen kaum ausreichend ist, entsteht im Drehrohrofen durch Pelletabrieb Staub, der von den Heißgasen mitgerissen und teilweise auf der Pelletschicht des Wanderrostes abgelagert wird.
Hierdurch verringert sich die Permeabilität der Pelletschicht, wodurch sich der Wärmeaustausch und damit die Vorhärtung der Pellets verschlechtert. Schaukelt sich auf diese Weise die Staubbildung auf, so gestaltet sich der Ofenprozeß sehr instabil und schwierig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Verfahren zur Herstellung agglomerierter synthetischer Schlacke zu schaffen, das sich durch einen geringen spezifischen Wärmeverbrauch und eine einfache, störungsfreie Betriebsweise auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kalk-Flußmittel-Mischung im gemahlenen Zustand bis zum vollständigen Ablauf aller unterhalb des Temperaturniveaus der Schmelzphasebildung ablaufenden, wärmeverbrauchenden Reaktionen erhitzt und dann unter raschem Umwälzen und dosierter Schmelzphasebildung agglomeriert und vorverschlackt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Mischungskomponenten zunächst, vorzugsweise durch gemeinsame Vermahlung, auf eine Feinheit gebracht, die einen schnellen Ablauf der beim Brennen stattfindenden Reaktionen ermöglicht. Der Zusatz kostspieliger Bindemittel ist hierbei nicht erforderlich.
Die gemahlene, homogene Mischung wird dann in einem geeigneten Wärmetauscher (beispielsweise einem Wirbelschichtwärmetauscher, einem Zyklonvorwärmer oder einem aus Zyklonen und einem Wirbelschacht bestehenden Wärmetauscher) so weit vorgewärmt, daß die Mischung hochgradig kalziniert ist und daß alle unterhalb des Temperaturniveaus der Schmelzphasebildung ablaufenden, wärmeverbrauchenden Reaktionen praktisch vollständig abgelaufen sind.
Dann wird das hocherhitzte, mehlförmige Gut einem Drehrohrofen zugeführt, der mit der verhältnismäßig hohen Drehzahl von 3 bis 12, vorzugsweise 5 bis 9 Ulmin, betrieben wird. Hier setzen schon nach kurzer Zeit die Verschlackungsreaktionen ein, die von Versinterung und Schmelzphasebildung begleitet werden. Die entstehende Schmelze bewirkt eine Pelletierung des heißen Mehles.
Bei dieser Agglomerierung durch Schmelzphasebildung ist wesentlich, daß sich weder zuviel noch zuwenig Schmelzphase bildet. Die Entwicklung der Schmelzhase muß vielmehr in einem verhältnismäßig eng begrenzten Bereich gehalten werden, was eine genaue Temperatursteuerung erfordert und die Vermeidung örtlicher und zeitlicher Überhitzungen notwendig macht. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um so leichter, als im Drehrohrofen (im Hinblick auf die hohe Vorerhitzung des Materials im vorgeschalteten Wärmetauscher) nur noch eine verhältnismäßig kleine Wärmemenge zugeführt werden muß, nämlich im wesentlichen lediglich die Wärmemenge, die für die Schmelzphasebildung und die Verluste benötigt wird.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird das im vorgeschalteten Wärmetauscher hocherhitzte, mehlförmige Gut im Bereich des unteren Wendepunktes des im Drehrohrofen umgewälzten Gutes aufgegeben und dadurch sogleich von bereits auf Sintertemperatur befindlichem Gut überschüttet. Infolge der großen Wärmekapazität des im Drehrohrofen befindlichen Gutes wird das frisch eingebrachte, schon nahezu vollständig kalzinierte Material sehr schnell auf die zur Versinterung erforderliche Temperatur gebracht. Die hierfür benötigte Wärmemenge ist im Vergleich zum gesamten Wärmebedarf des Prozesses gering, so daß eine Überhitzung des Materials vermieden und die Agglomeratbildung leicht gesteuert werden kann.
Bei beginnender Versinterung bzw. beim ersten Auftreten von Schmelzphase beginnt das Mehl zu klumpen und bildet unregelmäßise, lockere Agglomerate, die sich dann - bewirkt durch die hohe Drehzahl des Ofens und die starke Materialbewegung im Ofen - auf der weiteren Ofenreise zu Pellets formieren und verfestigen. Die Korngröße der Pellets kann dabei weitgehend durch die Drehzahl der Trommel gesteuert werden.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles erläutert.
Die dargestellte Anlage zur Herstellung agglomerierter synthetischer Schlacke enthält einen Vorwärmer 1, einen Drehrohrofen 2 und einen Kühler 3.
Der Vorwärmer 1 enthält in bekannter Weise in einer ersten Gleichstromstufe zwei parallelgeschaltete Zyklone 4, 5, in einer zweiten Gegenstromstufe einen Wirbelschacht 6, in einer dritten Gleichstromstufe zwei parallelgeschaltete Zyklone 7, 8 und in einer vierten Gleichstromstufe wiederum zwei parallelgeschaltete Zyklone 9 und 10.
Die Bewegung des Gutes (fein aufgemahlene Kalk-Flußmittel-Mischung) ist durch voll ausgezogene Pfeile 11 und die Bewegung der entgegenströmenden Heißgase durch gestrichelte Pfeile 12 veranschaulicht.
Der Drehrohrofen 2 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer verhältnismäßigkurzen Drehtrommel mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 1,5 bis 3. Er setzt sich aus einem an das einlaufseitige Ende anschließenden zylindrischen Teil 2 a und einem sich zum auslaufseitigen Ende hin verjüngenden konischen Teil 2 h zusammen.
Zur Beheizung des Drehrohrofens 2 dient ein Brenner 13, der am einlaufseitigen Ende des Ofens vorgesehen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind somit Gut und Heißgase im Gleichstrom im Drehrohrofen geführt.
Die Abgase des Drehrohrofens 2 gelangen durch eine Leitung 14 zum Vorwärmer 1. An diese Abgasleitung 14 ist erfindungsgemäß eine zusätzliche Wärmequelle in Form eines Brenners 15 angeschlossen, wodurch der Wärmeinhalt der Drehrohrofenabgase so weit vergrößert wird, daß im Vorwärmer 1 die oben erläuterte Durchführung aller Wärmeverbrauchenden Reaktionen unterhalb des Temperaturniveaus der Schmelzphasebildung erfolgen kann.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gewährleistet der konische Teil 2b des Drehrohrofens 2 einen hohen Füllungsgrad des Drehrohrofens. Er bebeträgt zweckmäßig mehr als 12 Volumprozent, vorzugsweise mehr als 15 Volumprozent. Auf diese Weise ergibt sich einerseits eine erwünschte große Wärmekapazität des Ofeninhaltes (wodurch das frisch aufgegebene, bereits hoch erhitzte Material nahezu spontan auf Sintertemperatur gebracht wird).
Ferner verhindert die konische Verjüngung zum auslaufseitigen Ende hin ein unerwünschtes Durchschießen von Mehl durch den Drehrohrofen.
Das fertig gebrannte, pelletierte Gut gelangt über den Auslaufkonus des Drehrohrofens in einen mit einer Pendelklappe 16 versehenen Fallschacht und von dort auf den Kühler 3, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Wanderrostkühler ausgebildet ist. Statt dessen kann selbstverständlich beispielsweise auch ein Trommelkühler oder ein Schachtkühler Verwendung finden. Die im Kühler gewonnene heiße Kühlluft wird über einen Heißgasventilator den Brennern 13 bzw. 15 als Verbrennungsluft zugeführt.
Können die Brenner nicht die gesamte Kühlerabluft abnehmen, so kann man einen Teilstrom auch in den oberen Teil des Vorwärmers einführen.
Die bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel vorgesehene Ausführung des Drehrohrofens in Form einer Konustrommel eignet sich besonders gut für Mischungen mit relativ geringem Gehalt an Flußmitteln sowie für solche Mischungen mit höherem Flußmittelgehalt, die bei Sintertemperatur Schmelzen mit geringer Viskosität ergeben.
Sind Schlackenpellets aus Mischungen herzustellen, -die bei Ofenbrenntemperatur sehr viskose Schlakken bilden, so wird zweckmäßig eine auf der ganzen Länge zylindrische kurze Drehtrommel mit relativ großem Durchmesser (Längen-Durchmesser-Verhältnis 4 bis 6) eingesetzt, die ebenfalls eine hohe Um- drehungszahl erhält und flach geneigt ist (1 bis 3 0/o Neigung der Ofenachse). Dabei sind zwei Ausführungen möglich: Die Trommel kann entweder über ihre ganze Länge einen gleichbleibenden Durchmesser erhalten, oder sie kann auf der Mehleinlaufseite einen kleineren Durchmesser und beispielsweise im letzten Drittel des auslaufseitigen Ofenteiles einen 1,5- bis 2fach vergrößerten Durchmesser besitzen. Die Durchmesservergrößerung dieser in diesem Falle zur Verstärkung der Materialbewegung in diesem Ofenteil.
Die Ausmauerung dieses Ofenteiles kann Höcker aus feuerfesten Steinen oder aus Stampfmasse aufweisen, die die Bildung unerwünscht großerAgglomerate verhindern.

Nachstehend seien schließlich noch die chemischen Analysen einiger Beispiele für die chemische Zusammensetzung von Rohmischungen für die Herstellung synthetischer Schlacken wiedergegeben:

Mischung 1 Mischung II Mischung 1

(%) (%) (%)

Glühverlust I . 28,72 37,84 40,27

SiO2 . . 4,65 2,58 2,76

Al2O8 . . zu11,13 22,12 0,36

TiO2 . - . - 1,81 0,46 0,05

Fe2O3 . . . .. 18,01 2,97 3,29

CaO ... . . 25,36 27,40 50,76

MgO . . 5,88 6,16 0,85

MgO .... 5,88 6,16 0,85

P,O, . .. 0,08 0,02 0,04

MnO . . . 0,04 0,04 -

Na2O . . 3,69 0,02 0,02

K2O . . 0,04 0,01 0,01

Cl ... ... 0,02 0,004 -

FeO .. ~ ~ 1,29

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung agglomerierter synthetischer Schlacke, ausgehend von einer feinkörnigen Kalk-Flußmittel-Mischung, die durch eine zweistufige Wärmebehandlung kalziniert und vorverschlackt wird, dadurch gekennz e i c h n e t, daß die Katk-Flußmittel-Mischung im gemahlenen Zustand bis zum vollständigen Ablauf aller unterhalb des Temperaturniveaus der Schmelzphasebildung ablaufenden, wärmeverbrauchenden Reaktionen erhitzt und dann unter raschem Umwälzen und dosierter Schmelzphasebildung agglomeriert und vorverschlackt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, unter Verwendung eines Drehrohrofens für die Agglomeration und Vorverschlackung, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen mit einer Drehzahl von 3 bis 12, vorzugsweise von 5 bis 8 U/min betrieben wird.
3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem die zweite Wärmebehandlungsstufe bildenden Drehrohrofen und einem durch die Abgase des Drehrohrofens beheizten, die erste Wärmebehandlungsstufe bildenden Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß an die vom Drehrohrofen (2) zum vorgeschalteten Wärmetauscher (1) führende Abgasleitung (14) eine zusätzliche Wärmequelle (15) angeschlossen ist.
4. Anlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch - eine Gleichstrombewegung von Gut und Gas im Drehrohrofen (2).
5. Anlage nach Anspruch 3, insbesondere für Mischungen, die einen geringen Flußmittelgehalt aufweisen oder bei Sintertemperatur Schmelzen mit geringer Viskosität ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen (2) durch eine kurze Trommel mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 1,5 bis 3, vorzugsweise etwa 2, gebildet wird und aus einem an das einlaufseitige Ende anschließenden zylindrischen Teil (2a) und einem sich zum auslaufseitigen Ende hin verjüngenden konischen Teil (2b) besteht.
6. Anlage nach Anspruch 3, insbesondere für Mischungen, die bei Sintertemperatur Schmelzen mit großer Viskosität ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß die unter 1 bis 3 0/o geneigte zylindrische Drehtrommel ein Längen-Durchmesser-Verhältnis von 4 bis 6 aufweist und entweder über ihre ganze Länge einen gleichbleibenden Durchmesser oder im Bereich des auslaufseitigen Ofenteiles einen auf den 1,5- bis 2fachen Wert vergrößerten Durchmesser besitzt.
7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das im vorgeschalteten Wärmetauscher (1) hoch erhitzte mehlförmige Gut im Bereich des unteren Wendepunktes des im Drehrohrofen (2) umgewälzten Gutes aufgegeben und dadurch sogleich von bereits auf Sintertemperatur belindlichem Gut überschüttet wird.
8. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllungsgrad des Drehrohrofens (2) mehr als 12 Volumprozent, vorzugsweise mehr als 15 Volumprozent, beträgt.
9. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß der dem Drehrohrofen (2) vorgeschaltete Wärmetauscher (1) durch einen Wirbelschicht-Wärmetauscher, einen Zyklonvorwärmer oder einen aus Zyklonen und einem Wirbelschacht bestehenden Wärmetauscher gebildet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung agglomerierter synthetischer Schlacke, ausgehend von einer feinkörnigen Kalk-Flußrnittel-Mischung, die durch eine zweistufige Wärmebehandlung kalziniert und vorverschlackt wird.

In der Stahlindustrie ist ein deutlicher Trend zum Sauerstoffaufblasverfahren festzustellen, was vor allem auf die kurzen Schmelzfolgen dieses Verfahrens zurückzuführen ist. Die Dauer der Blaszeit hängt wesentlich von der Auflösungsgeschwindigkeit des Kalkes ab, d. h. von seiner Umsetzung zu einer reaktionsfähigen Schlacke.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, eine agglomerierte synthetische Schlacke durch Brikettierung von Kalk-Flußmittel-Mischungen zu schaffen. Als Flußmittel können Flußspat, Eisenoxyd, tonhaltige Stoffe wie Bauxit, Rotschlamm u. a. einzeln oder kombiniert verwendet werden. Die an der Schlackenbildung beteiligten Stoffe liegen im Brikett in feinverteilter Form vor und haben infolge des hohen Preßdruckes beim Brikettieren einen innigen Kontakt, was die Umsetzung im LD-Konverter beschleunigt.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt jedoch zum einen im hohen Verschleiß der Preßformen und zum andern in der Notwendigkeit, Bindemittel zu venvenden, die aus metallurgischer Sicht unerwünscht sind.

Außerdem ist die Schlag- und Fallfestigkeit der brikettierten Agglomerate nicht allzu hoch, so daß auf dem Transport bis zur Verwendungsstelle eine beträchtliche Menge von Bruch- und Feinanteilen entstehen.

Es ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung agglomerierter, synthetischer Schlacke bekannt, bei dem eine feinkörnige Kalk-Flußmittel-Mischung unter Zusatz von beispielsweise 2 bis 30/0 Bentonit (bezogen auf das Fertiggut) als Bindemittel in Tellern oder Trommeln zu Grünpellets der Körnung 5 bis 20 mm gerollt und anschließend entweder in langen Drehrohröfen oder in kürzeren Drehrohröfen mit vorgeschaltetem Wanderrost gebrannt werden. Durch das Brennen erfolgt eine Kalzinierung sowie eine Vorverschlackung, was bei der späteren Stahlerzeugung beachtliche verfahrenstechnische Vorteile gegenüber der Verwendung von brikettierten Gemengeformlingen mit sich bringt.