EP1390315A1 - Einrichtung zum granulieren, zerstäuben und zerkleinern von flüssigen schlacken - Google Patents
Einrichtung zum granulieren, zerstäuben und zerkleinern von flüssigen schlackenInfo
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- EP1390315A1 EP1390315A1 EP02769109A EP02769109A EP1390315A1 EP 1390315 A1 EP1390315 A1 EP 1390315A1 EP 02769109 A EP02769109 A EP 02769109A EP 02769109 A EP02769109 A EP 02769109A EP 1390315 A1 EP1390315 A1 EP 1390315A1
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Definitions
- the invention relates to a device for granulating, atomizing and comminuting liquid melts, in particular oxidic slags, in which the liquid melt is expelled from a tundish into a cooling chamber with hot propellant gases.
- the liquid slag with combustion exhaust gases was expelled into a granulation room in order to avoid the risk of the slag outlet opening being displaced from a slag tundish by solidifying Reduce slag.
- the slag outlet opening being displaced from a slag tundish by solidifying Reduce slag.
- the liquid slag with combustion exhaust gases was expelled into a granulation room in order to avoid the risk of the slag outlet opening being displaced from a slag tundish by solidifying Reduce slag.
- the invention now aims to provide a device of the initially mentioned type with which each particular for achieving particle sizes required parameters for pressure and temperature ofmaschinedamp regardless of the combustion temperature and the economically achievable with a combustion chamber pressure can be selected 'fes and at the same time it is ensured that in the area of the inflow Undercooling of the slag and thus freezing of the slag outlet is prevented with certainty.
- the invention aims to ensure a defined flow of the solidifying particles in order to create the possibility immediately after the slag outlet of the tundish to achieve an intensive comminution of the particles by collision of the particles with one another.
- the device according to the invention consists essentially in the fact that a combustion chamber is provided, the exhaust pipe of which is connected to an annular space of a lance immersed in the melt and that the lance contains a propellant vapor line concentric with the annular space, which line passes through a nozzle in the axis of the melt outlet opens and is surrounded by the hot combustion gases.
- the combustion exhaust gases of the combustion chamber open into an annular space around a lance, with which propellant steam can be fed in separately from the combustion exhaust gases, the respectively desired parameters for the pressure and the temperature of the combustion exhaust gases and the steam can be selected separately from one another, whereby by sheathing the steam lance with the combustion exhaust gases, a sufficiently high temperature level can be specified at the same time, with which freezing of the tundish outlet can be avoided with certainty and the high temperatures required for high particle size reduction during atomization can be ensured.
- the design is such that the cooling space has a bottom reflecting the flow for forming a countercurrent grinding chamber and that the discharge line for the comminuted and solidified particles is connected in the central region of the axial length of the cooling chamber.
- the cooling chamber is designed as a countercurrent grinding chamber and has a reflective base, it is possible to maintain a type of grinding fluid bed in the cooling chamber below the area in which the particles have already solidified which the particles injected with the propellant gases collide with the particles reflected from the ground, thus ensuring efficient particle size reduction through collision.
- the fluidized bed formed in the cooling chamber thus allows an effective secondary comminution of the already solidified particles, so that a maximum of comminution performance can be achieved with particularly small-scale devices with simultaneous optimization of temperature and required amount of motive steam.
- the nozzle of the motive steam line is designed as a Laval nozzle, so that after the tundish house run and in the acceleration area supersonic speeds can be achieved, while a laminar flow can be achieved at the same time.
- a laminar supersonic flow with a steam core and a hot gas jacket offers optimal conditions for the desired reflection of the particles at the bottom of the cooling chamber and thus for the formation of the fluidized bed for the desired secondary comminution.
- the device according to the invention can be operated, for example, with a combustion chamber in which fuel is burned with a hot wind from a temperature of about 600 to 1200 ° C. as far as possible without pressure or with an excess pressure of up to 4 bar, the propellant steam being separated, for example, in the pressure level between 2 and 11 bar at temperatures of 120 to 400 ° C, can be fed.
- the design is advantageously made such that the lance is surrounded by an axially displaceable, designed as a weir pipe, thermally insulating sleeve.
- a thermally insulating weir pipe can define a specific outlet cross-section for the liquid melt by axially adjusting the tundish and / or the weir pipe, so that the slag inflow, which, as a jacket, the flow from combustion exhaust fumes and motive steam surrounds, can be regulated accordingly in its wall thickness.
- the design is advantageously made such that the discharge line for the solidified particles is arranged at an axial height from the floor which is 1/3 to 1/2 of the axial distance from the floor corresponds to the steam nozzle. In this way it is ensured that the reflected particles collide intensively with the particles expelled with the propellant gases before they are discharged, for example with the interposition of a classifier.
- the design is such that the discharge line is designed as a ring line and is connected to the cooling chamber via a plurality of radial openings.
- the design is advantageously made such that the jacket of the cooling chamber is double-walled as an evaporator and is connected to the steam feed line via a line.
- 1 denotes a combustion chamber, which is supplied with fuel via a line 2.
- a hot wind at a temperature between 600 and 1200 ° C. is fed to the combustion chamber 3 via a line, the flame being formed being indicated schematically by 4.
- the combustion exhaust gases arrive at a pressure of, for example, 0 to 4 bar above atmospheric pressure via an annular channel 5 into the outlet area 6 of a tundish 7, in which there is a liquid melt 8.
- the lower area of this combustion chamber and the annular channel 5 is covered by an axially displaceable sleeve 9 made of wear-resistant material, for example silicon carbide. surrounded with which the free outlet cross section of the liquid melt 8 in the outlet opening 6 can be adjusted accordingly.
- a propellant steam lance 10 is arranged within the ring channel 5 and concentric to this ring channel, which is supplied with driving steam via a connection 11 at a pressure of, for example, 2 to 11 bar at temperatures of 120 to 400 ° C.
- the lance is thermally insulated so that excessive motive steam overheating cannot take place.
- the motive steam lance 10 has at its lower end in the area of the paint outlet 6 a Laval nozzle 12 with which a laminar supersonic flow can be forced, the flow being a steam flow in the core, a gas flow with hot combustion exhaust gases in a first jacket and in the outer jacket which contains slag.
- the slag itself can be used as an overheated slag in order to ensure the desired viscosity for particularly intensive comminution in this area.
- the sinking particles collide with the bottom 13 of the cooling space 14 and, reflected from the bottom, are thrown back into a fluidized bed 15, in which they collide with sinking particles and an intensive further comminution takes place.
- the particles are removed from this area of the fluidized bed 15 via radial perforations 16 and a ring line 17, suction extraction under vacuum being possible here due to the subsequent condensation of the steam with a corresponding reduction in volume.
- the radial openings 16 thus act as suction nozzles.
- the jacket of the cooling chamber is double-walled, with an annular space in the annular space 18 Line 19 feed water can be supplied and this feed water can optionally be evaporated in order to be made available via line 20 to connection 11 of steam lance 10.
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Abstract
Bei einer Einrichtung zum Granulieren, Zerstäuben und Zerkleinern von flüssigen Schmelzen, insbesondere oxidischen Schlacken, wird die flüssige Schmelze (8) mit heissen Treibgasen aus einem Tundish (7) in eine Kühlkammer (14) ausgestossen. Hierfür ist eine Brennkammer (1) vorgesehen, deren Abgasleitung mit einem Ringraum (5) einer in die Schmelze (8) eintauchenden Lanze (10) verbunden ist, wobei die Lanze (10) konzentrisch zum Ringraum (5) eine Treibdampfleitung enthält, welche über eine Düse (12) in der Achse des Schmelzeauslaufes (6) mündet und von den heissen Verbrennungsgasen umspült ist.
Description
Einrichtung zum Granulieren. Zerstäuben und Zerkleinern von flüssigen Schlacken
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Granulie- ren, Zerstäuben und Zerkleinern von flüssigen Schmelzen, insbesondere oxidischen Schlacken, bei welcher die flüssige Schmelze mit heißen Treibgasen aus einem Tundish in eine Kühlkammer ausgestoßen wird.
Zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken wurde bereits vorgeschlagen, diese mit Dampf oder Treibgas in Granulierräume auszustoßen, wobei in der Folge eine weitere Zerkleinerung auch in Strahlmühlen unter Verwendung von Treibgasstrahl vorgeschlagen wurde. Ausgehend von Schlackentemperatu- ren zwischen 1400° und 1600° C besteht bei der Verwendung üblicher Treibgase aufgrund der relativ hohen Temperaturdifferenz zwischen dem Treibgasstrahl und der flüssigen Schlacke die Gefahr der Ausbildung mehr oder minder großer Agglomerate sowie weiters die Gefahr einer Fadenbildung, welche in der Folge den Zerkleinerungsaufwand erhöht und die Abkühlgeschwin- digkeit empfindlich verringert. Die bekannten Vorschläge haben daher in erster Linie darauf abgezielt, die Abkühlung der flüssigen Schlacken möglichst rasch durchzuführen.. Gemäß einem weiteren Vorschlag wurde die flüssige Schlacke mit Verbren- nungsabgasen in einen Granulierraum ausgestoßen, um die Gefahr eines Verlegens der Schlackenaustrittsöffnung aus einem Schlackentundish durch erstarrende Schlacke zu reduzieren. Bei einer derartigen Vorgangsweise gelangen die in den Granulierraum eingestoßenen Schlackenpartikel mit wesentlich höherer Temperatur in eine nachgeschaltete Kühlzone, wobei die höheren Temperaturen eine geringere Schlackenviskosität und eine Ver¬ ringerung der Oberflächenspannung der Schlackentröpfchen zur Folge haben, sodaß eine feinere Zerteilung der Schlackentröpf¬ chen beim Eintreten in die Kühlzone erzielt wird. Die feine Dispersion von Schlackentröpfchen führt zur Ausbildung von kleinsten Tröpfchen mit relativ hoher spezifischer Oberfläche, sodaß die Abkühlung in relativ kurzbauenden Kühlkammern erfol-
gen kann. Bei einer derartigen Einrichtung, bei welcher Verbrennungsabgase als Treibgase zum Einsatz gelangen, wurde in der Folge in der Kühlkammer Dampf und/oder Druckwasser gegen den Schlackenstrahl gerichtet, um die entsprechend rasche Ab- kühlung zu erzielen.
In Tests wurde gefunden, daß sich bei geringeren Temperaturen wie beispielsweise Temperaturen zwischen 600 und 1350°C der erzielbare maximale Schlackenteilchendurchmesser exponentiell verändert, und es werden insbesondere bei Temperaturen des Treibgasstrahles von etwa 600°C maximale Teilchendurchmesser von HOμ gegenüber den bei etwa 1350°C im Treibgasstrom erzielbaren maximal 15μ Teilchendurchmesser beobachtet. Bei noch tieferen Temperaturen des Treibdampfes bzw. TreibgasStromes tritt in der Regel eine Fadenbildung ein, wobei eine derartige Fadenbildung auch beabsichtigt sein kann, wenn beispielsweise Schlackenwolle, Glasfasern oder Isolierwolle hergestellt werden soll.
Bei Versuchen, Heißdampf und heiße Verbrennungsabgase gemeinsam über eine Düse auszustoßen, hat sich gezeigt, daß insbesondere die gewählten Parameter für Druck und Temperatur auf Grund des Verbrennungsgas-Dampfgemisches nur in bestimmten Grenzen wählbar sind. Die Regelbarkeit zur Erzielung der je- weils optimalen Bedingungen bleibt bei derartigen Ausbildungen beschränkt, und wenn Dampf mit entsprechend höherem Druck ausgestoßen werden soll, gelingt dies mit konventionellen Brennkammern, in welche Dampf eingestoßen wird, nur in unzureichendem Maße.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher die jeweils für die Erzielung bestimmter Partikelgrößen erforderlichen Parameter für Druck und Temperatur des Treibdamp'fes unabhängig von der Verbrennungstemperatur und dem mit einer Brennkammer wirtschaftlich erzielbaren Druck gewählt werden können und wobei gleichzeitig sichergestellt wird, daß im Bereich des Einströ-
mens der Schlacke eine Unterkühlung und damit ein Zufrieren des Schlackenauslaufes mit Sicherheit verhindert wird. Gleichzeitig zielt die Erfindung darauf ab, eine definierte Strömung der erstarrenden Teilchen zu gewährleisten, um unmittelbar an- schließend an den Schlackenauslaß des Tundishes die Möglichkeit zu schaffen, eine intensive Zerkleinerung der Teilchen durch Kollision der Teilchen miteinander zu erzielen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung im wesentlichen darin, daß eine Brennkammer vorgesehen ist, deren Abgasleitung mit einem Ringraum einer in die Schmelze eintauchenden Lanze verbunden ist und daß die Lanze konzentrisch zum Ringraum eine Treibdamp leitung enthält, welche über eine Düse in der Achse des Schmelzeauslaufes mündet und von den heißen Verbrennungsgasen umspült ist. Dadurch, daß die Verbrennungsabgase der Brennkammer in einen Ringraum um eine Lanze münden, mit welcher gesondert von den Verbrennungsab- gasen Treibdampf eingespeist werden kann, lassen sich die jeweils gewünschten Parameter für den Druck und die Temperatur der Verbrennungsabgase und des Dampfes gesondert voneinander wählen, wobei durch das Ummanteln der Dampflanze mit den Verbrennungsabgasen gleichzeitig ein hinreichend hohes Temperaturniveau vorgegeben werden kann, mit welchem ein Zufrieren des Tundishauslaufes mit Sicherheit vermieden werden kann und die für eine hohe Zerkleinerung der Partikel beim Zerstäuben erforderlichen hohen Temperaturen sichergestellt werden könne .
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dieser Einrichtung ist die Ausbildung so getroffen, daß der Kühlraum einen die Strö- mung reflektierenden Boden zur Ausbildung einer Gegenstrom- Mahlkammer aufweist und daß die Austragsleitung für die zerkleinerten und erstarrten Partikel im mittleren Bereich der axialen Länge der Kühlkammer angeschlossen ist. Dadurch, daß der Kühlraum als Gegenstrom-Mahlkammer ausgebildet ist und einen reflektierenden Boden aufweist, gelingt es, im Kühlraum unterhalb des Bereiches, in welchem die Partikel bereits erstarrt sind, eine Art Mahlfließbett aufrechtzuerhalten, bei
welchem die mit den Treibgasen eingestoßenen Teilchen mit den vom Boden reflektierten Teilchen kollidieren und auf diese Weise eine effiziente Partikelnachzerkleinerung durch Kollision gewährleistet ist . Das in der Kühlkammer ausgebildete Wirbel-Fließbett erlaubt somit eine wirksame Nachzerkleinerung der bereits erstarrten Partikel, sodaß mit besonderns kleinbauenden Einrichtungen bei gleichzeitiger Optimierung von Temperatur und benötigter Treibdampf menge ein Maximum an Zerkleinerungsleistung erzielt werden kann.
Mit Vorteil ist die er findungs gemäße Ausbildung hierbei so getroffen, daß die Düse der Treibdampfleitung als Laval-Düse ausgebildet ist, wodurch im Anschluß an den Tundishaus lauf und im Beschleunigungsbereich Überschallgeschwindigkeiten erzielt werden können, wobei gleichzeitig eine laminare Strömung erzielt werden kann. Eine derartige laminare Überschal lströmung mit einem Dampfkern und einem Heißgasmantel bietet optimale Voraussetzungen für die gewünschte Reflexion der Teilchen am Boden der Kühlkammer und damit für die Ausbildung der Wirbel- Schicht für die gewünschte Nachzerkleinerung. Die erfindungs- gemäße Einrichtung kann hierbei beispielsweise mit einer Brennkammer betrieben werden, bei welcher Brennstoff mit Heißwind von einer Temperatur von etwa 600 bis 1200°C weitest- gehend drucklos oder mit einem Überdruck von bis zu 4 bar verbrannt wird, wobei der Treibdampf gesondert, beispielsweise im Drucknieveau zwischen 2 und 11 bar bei Temperaturen von 120 bis 400°C, eingespeist werden kann.
Um die Unterkante der Brennkammer und die Treibdampf lanze vor übermäßiger Temperaturbeanspruchung zu schützen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß die Lanze von einer axial verschiebbaren, als Wehrrohr ausgebildeten thermisch isolierenden Hülse umgeben ist . Ein derartiges thermisch isolierendes Wehrrohr kann durch axiale Verstellung des Tundishes und/oder des Wehrrohres einen bestimmten Austrittsguerschnitt für die flüssige Schmelze definieren, sodaß auch der Schlackenzufluß, welcher als Mantel den Strom aus Verbren-
nungsabgasen und Treibdampf umgibt, entsprechend in seiner Wandstärke reguliert werden kann.
Um eine besonders intensive Nachzerkleinerung in der Wirbel- Schicht zu gewährleisten, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß die Austragsleitung für die erstarrten Partikel in einer axialen Höhe vom Boden angeordnet ist, welche 1/3 bis 1/2 des axialen Abstandes vom Boden zur Dampfdüse entspricht. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die reflektierten Teilchen intensiv mit den mit den Treibgasen ausgestoßenen Teilchen kollidieren bevor sie beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Sichters ausgetragen werden. Mit Vorteil ist die Ausbildung hierbei so getroffen, daß die Austragsleitung als Ringleitung ausgebildet ist und über eine Mehrzahl von radialen Durchbrechungen mit der Kühlkammer verbunden ist.
Um den erforderlichen Treibdampf entsprechend vorzuwärmen und gleichzeitig die Kühlleistung zu verbessern, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß der Mantel der Kühlkammer als Verdampfer doppelwandig ausgebildet ist und über eine Leitung mit der Dampfzuleitung verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in einer Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher er- läutert.
In der Zeichnung ist mit 1 eine Brennkammer bezeichnet, welche über eine Leitung 2 mit Brennstoff versorgt wird. Der Brennkammer wird über eine Leitung 3 Heißwind mit einer Temperatur zwischen 600 und 1200°C zugeführt, wobei die sich ausbildende Flamme schematisch mit 4 angedeutet ist. Die Verbrennungsab- gase gelangen mit einem Druck von beispielsweise 0 bis 4 bar über dem Atmosphärendruck über einen Ringkanal 5 in den Auslaufbereich 6 eines Tundishes 7, in welchem eine flüssige Schmelze 8 vorliegt. Der untere Bereich dieser Brennkammer und des Ringkanales 5 wird von einer axial verschieblichen Hülse 9 aus verschleißfestem Material, beispielsweise Siliziumkarbid,
umgeben, mit welcher auch der freie Austrittsquerschnitt der flüssigen Schmelze 8 in die Austrittsöffnung 6 entsprechend eingestellt werden kann.
Innerhalb des Ringkanales 5 und konzentrisch zu diesem Ringkanal ist eine Treibdampflanze 10 angeordnet, welcher über einen Anschluß 11 Treibdampf mit einem Druck von beispielsweise 2 bis 11 bar bei Temperaturen von 120 bis 400°C zugeführt wird. Die Lanze ist thermisch isoliert ausgebildet, damit keine übermäßige Treibdampf-Überhitzung stattfinden kann. Die Treibdampflanze 10 weist an ihrem unteren Ende im Bereich des Sc lackenauslaufes 6 eine Laval-Düse 12 auf, mit welcher eine laminare ÜberschallStrömung erzwungen werden kann, wobei die Strömung im Kern eine Dampfströmung, in einem ersten Mantel eine Gasströmung mit heißen Verbrennungsabgasen und im Außenmantel die Schlacke enthält. Unmittelbar anschließend an den Ausstoß wird eine gewisse Fadenbildung beobachtet, welche in der Folge auf Grund der hohen Beschleunigung zur Ausbildung von Tröpfchen führt, bei welcher die Fäden durch die Beschleunigung zerrissen werden. Unmittelbar anschließend folgt in der Strömung ein Verfestigungsbereich, in welchem unter gleichzeitiger Kühlung eine Verglasung der Teilchen eintritt. Die Schlacke selbst kann gewünschtenfalls als überhitzte Schlacke eingesetzt werden, um die gewünschte Vis- kosität für eine besonders intensive Zerkleinerung bereits in diesem Bereich zu gewährleisten. Die herabsinkenden Teilchen kollidieren mit dem Boden 13 des Kühlraumes 14 und werden, vom Boden reflektiert, in eine Wirbelschicht 15 zurückgeworfen, in welcher sie mit herabsinkenden Teilchen kollidieren und eine intensive weitere Zerkleinerung erfolgt. Aus diesem Bereich der Wirbelschicht 15 erfolgt der Abtransport der Teilchen über radiale Durchbrechungen 16 und eine Ringleitung 17, wobei auf Grund der nachfolgenden Kondensation des Dampfes unter entsprechender Volumsverringerung hier ein Absaugen unter Unter- druck möglich ist. Die radialen Durchbrechungen 16 wirken somit als Saugdüsen. Schließlich ist der Mantel der Kühlkammer doppelwandig ausgebildet, wobei in den Ringraum 18 über eine
Leitung 19 Speisewasser zugeführt werden kann und dieses Speisewasser gegebenenfalls verdampft werden kann, um über die Leitung 20 dem Anschluß 11 der Dampflanze 10 zur Verfügung gestellt zu werden.
Claims
1. Einrichtung zum Granulieren, Zerstäuben und Zerkleinern von flüssigen Schmelzen, insbesondere oxidischen Schlacken, bei welcher die flüssige Schmelze mit heißen Treibgasen aus einem Tundish (7) in eine Kühlkammer (14) ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennkammer (1) vorgesehen ist, deren Abgasleitung mit einem Ringraum (5) einer in die Schmelze (8) eintauchenden Lanze (10) verbunden ist, daß die Lanze "(10) konzentrisch zum Ringraum (5) eine Treibdampfleitung enthält, welche über eine Düse (12) in der Achse des Schmelzeauslaufes (6) mündet und von den heißen Verbrennungsgasen umspült ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlraum (14) einen die Strömung reflektierenden Boden
(13) zur Ausbildung einer Gegenstrom-Mahlkammer aufweist und daß die Austragsleitung (17) für die zerkleinerten und erstarrten Partikel im mittleren Bereich der axialen Länge der Kühlkammer (14) angeschlossen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (12) der Treibdampfleitung als Laval-Düse ausgebildet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Brennkammer (1) eine Heißwindleitung (3) und eine Brennstoffleitung (2) mündet.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Lanze (10) von einer axial verschiebbaren, als Wehrrohr ausgebildeten thermisch isolierenden Hülse umgeben ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsleitung (17) für die erstarrten Partikel in einer axialen Höhe vom Boden (13) angeordnet ist, welche 1/3 bis 1/2 des axialen Abstandes vom Boden (13) zur Dampfdüse (12) entspricht.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsleitung (17) als Ringleitung ausgebildet ist und über einer Mehrzahl von radialen Durchbrechungen (16) mit der Kühlkammer (14) verbunden ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Kühlkammer (14) als Verdampfer doppelwandig ausgebildet ist und über eine Leitung (20) mit der Dampfzuleitung verbunden ist.
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