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WO2001004363A1 - Verfahren zum zerkleinern von stückgut oder granulat sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zum zerkleinern von stückgut oder granulat sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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WO2001004363A1
WO2001004363A1 PCT/AT2000/000179 AT0000179W WO0104363A1 WO 2001004363 A1 WO2001004363 A1 WO 2001004363A1 AT 0000179 W AT0000179 W AT 0000179W WO 0104363 A1 WO0104363 A1 WO 0104363A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
grinding
chamber
pressure
grinding media
slag
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT2000/000179
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Edlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holcim Ltd
Original Assignee
Holderbank Financiere Glarus AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Holderbank Financiere Glarus AG filed Critical Holderbank Financiere Glarus AG
Priority to AU57950/00A priority Critical patent/AU5795000A/en
Priority to EP00943456A priority patent/EP1121473A1/de
Publication of WO2001004363A1 publication Critical patent/WO2001004363A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06Jet mills
    • B02C19/068Jet mills of the fluidised-bed type
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B3/00General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/04Recovery of by-products, e.g. slag
    • C21B3/06Treatment of liquid slag
    • C21B3/08Cooling slag
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/02Physical or chemical treatment of slags
    • C21B2400/022Methods of cooling or quenching molten slag
    • C21B2400/024Methods of cooling or quenching molten slag with the direct use of steam or liquid coolants, e.g. water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/05Apparatus features
    • C21B2400/066Receptacle features where the slag is treated
    • C21B2400/076Fluidised bed for cooling

Definitions

  • the invention relates to a method for comminuting piece goods or granules, in which the ground material is introduced into a mill with a propellant.
  • AT 405 511 B has already disclosed a method for comminuting granules, in which pressurized water is applied to the slag melt and the granules were discharged together with at least part of the steam formed.
  • pressurized water is applied to the slag melt and the granules were discharged together with at least part of the steam formed.
  • rapid solidification is achieved, in which crystallization is to be largely prevented, and instead an amorphous, glassy structure of the granules is achieved.
  • a suitable chemical composition of the molten slag such granules can result in valuable raw materials for the production of hydraulic binders, as a rule intensive comminution and, in particular, a grinding process being required as a result.
  • the heat of the slag melt be used energetically for the size reduction work or surface enlargement work and in this way to reduce the energy consumption.
  • the liquid slag was introduced into a granulation chamber in free-flowing jets, whereupon pressurized water jets were directed against the slag jet and the solidified and granulated slag together with at least a part of the steam formed was passed through a pneumatic conveying line and a distributor, and subsequently the partial streams were introduced into a grinding chamber via multi-component nozzles and in particular conically tapering nozzles.
  • the grinding room was operated in the manner of a countercurrent mill.
  • the formation of two-phase nozzles required for this mode of operation, via which steam and granules were introduced into the grinding chamber required relatively expensive nozzle designs, such Two-phase nozzle systems have proven to be relatively susceptible to wear.
  • the process according to the invention essentially consists in holding grinding media, in particular balls, in a fixed bed or fluidized bed or in a fluidized bed, the propellant medium loaded with piece goods or granules being filled with grinding media in the propellant Space is expanded or evaporated, whereupon the regrind is withdrawn from the mill via a classifier. Because the grinding chamber contains grinding media, cavities remain between the grinding media, each of which becomes effective in the manner of a large number of individual nozzles in the interior of the fixed bed or the fluidized bed.
  • the grinding media which can be designed in particular as grinding balls, can also have different diameters, so that a spherical radius gradient is formed in the interior of a fluidized bed, in which the flow of the pressurized propellant medium expands together with the piece goods. The same applies to the nozzle-like cavities between balls in a fixed bed.
  • the process according to the invention can be carried out in a particularly advantageous manner in such a way that the liquid melts are granulated in water under superatmospheric pressure and that the granules are introduced into the mill together with the wet steam under superatmospheric pressure.
  • Wet steam refers to mixtures of liquid and gaseous phases, which can also be referred to as fog.
  • pressure and temperature should be selected so that when the pressure in the mill is reduced or during expansion, overheated, ie dry steam is formed, so that materials, which tend to be hydrated or lose their hydraulic properties through water are not destroyed first.
  • the wet steam itself usually has a temperature of over 150 ° C and can be introduced into the grinding chamber under a pressure of more than 5 bar, the expansion with formation of steam leading to an approximately 1500-fold increase in volume and superheated steam being formed within the layer filled with grinding media or grinding balls, so that the fine material formed does not hydrate.
  • the grinding media bed can contain different grinding media and, for example, also active as grinding media, such as clinker and pozzolans. Total microns can be obtained with such a method, a crushing to a d m ax ⁇ 75, can be followed by viewing in the sequence by conventional methods.
  • the water quality does not have to meet any special purity requirements, and even slightly polluted waste water can be disposed of.
  • the slag melt can be fed into the pelletizing chamber discontinuously via slag pans or continuously via slag channels and pressure locks.
  • a total of between 0.57 kg water / kg slag and 2.25 kg water / kg slag are used.
  • wet steam is formed, consisting of 0.6 kg of steam and 0.4 kg of water per kg of slag.
  • the expansion into the grinding chamber in which there is, for example, a pressure of 0.2 bar, leads to the generation of slightly superheated steam.
  • the relaxation would About 750 l (0.75 m 3 ) of steam are generated in the ball grinding chamber per kg of slag.
  • the volume change work from the water contained in the wet steam to steam is largely converted into shredding work, which results in high energetic advantages over conventional systems.
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the grinding media are circulated and subjected to a change in temperature.
  • the fineness of grinding can be further increased by an energy transfer that is particularly favorable for the grinding process from the grinding media to the material to be ground, the grinding media advantageously being heated to temperatures of> 600 ° C. and introduced into the grinding chamber CaC03.
  • CaC ⁇ 3 By introducing CaC ⁇ 3 into the grinding chamber, calcination and simultaneous splitting into CaO and C ⁇ 2 takes place, which on the one hand leads to an improvement in the hydraulic properties of the material to be ground and on the other hand to a further increase in volume and consequently to a better size reduction of the material to be ground.
  • the circulation of the grinding media also creates the conditions for efficient cleaning of the grinding media.
  • the grinding media can advantageously be equipped with catalysts such as e.g. Ni or Ni oxide coated can be used. In this way, chemical reactions can also be superimposed on the mechanical grinding process.
  • the grinding media can also be subjected to a cooling process in the circuit, which facilitates the grinding of heat-sensitive products.
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that metal balls or ceramic balls are used as grinding media, the procedure in any case being such that the grinding chamber is kept under a lower pressure than the granulating chamber.
  • a particularly simple control is possible, whereby it is only sufficient to switch on an appropriately adjustable control valve in the pressure line, thereby simultaneously ensuring the respectively required amount of water in the pelletizing chamber and the corresponding expansion into the fluid bed filled with grinding media.
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the drive medium is introduced into the mill in a pulsating manner.
  • the fluidized bed formed by the grinding media is periodically built up and broken down, so that a further grinding effect arises from the fact that balls lying higher up come to lie on the grinding media lying beneath them under the action of gravity when the fluidized bed collapses, and thus comminute the grinding material located between them.
  • regrind that is not sensitive to hydration, e.g. Puzzolane, for example cold pressurized water with a pressure of approx. 100 bar can be selected as the propellant.
  • the pulsation can be achieved particularly easily by slow-running high-pressure piston pumps.
  • the device according to the invention for carrying out this method is essentially characterized by a grinding chamber which is at least partially filled with grinding media and to which at least one connection or a pressure-resistant line for introducing the grinding stock and the propellant and at least one line for withdrawing the grinding stock is connected.
  • a grinding chamber which is at least partially filled with grinding media and to which at least one connection or a pressure-resistant line for introducing the grinding stock and the propellant and at least one line for withdrawing the grinding stock is connected.
  • a device is particularly suitable for grinding lime, mica, clays, oxidation-sensitive products or organic color pigments, for example using superheated steam or inert gases (N2, Ar) as blowing agents.
  • the device is further characterized by two chambers connected via a pressure-resistant line, the first chamber being a pressure-resistant pelletizing chamber with a Feeding device is designed for liquid slag and is at least partially filled with water and the second chamber is designed as a grinding chamber with a discharge for regrind, which is at least partially filled with grinding media, the pressure-resistant line from the water-filled space of the granulating chamber into the Grinding bodies filled space of the grinding chamber opens.
  • the design here is advantageously such that the pressure-resistant line is connected to the grinding chamber below the grinding media, the pressure-resistant line advantageously having at least one control or shut-off valve for setting the required water level in the granulation chamber and the desired expansion into the grinding chamber.
  • the grinding media and in particular grinding balls in the interior of the grinding chamber can be brought into an appropriate fluidized form before the first expansion of hot wet steam, which is loaded with granules, for which purpose steam or compressed air can be used, for example.
  • the design according to the invention is made in such a way that the grinding chamber has a grate or sieve plates to support the grinding media, so that the desired geometry inside the grinding chamber can be easily maintained.
  • the grinding media for the formation of a fluidized bed have a diameter of less than 10 mm, and preferably less than 5 mm, in order to be able to maintain a corresponding fluidized bed without additional measures.
  • Grinding bodies for a fixed bed can have correspondingly larger diameters, with balls being geometrically preferred for forming the nozzle-shaped spaces in the bed.
  • the grinding effect is achieved here by accelerating the particle flow in the nozzle-like spaces and hitting the granules on the grinding media of the fixed bed.
  • the fine material can be separated in a conventional manner in such a way that a classifier, in particular a cyclone, is connected to the discharge openings for the ground material, and that coarse material separated in the classifier is returned to the grinding chamber.
  • the device is advantageously designed so that a discharge device for the grinding media is connected to the space filled with grinding media, which feeds the grinding media back into the grinding chamber via a heat exchanger.
  • the grinding media can either be heated or cooled in the heat exchanger according to the properties of the product to be ground.
  • the device can be designed in such a way that at least one further line for pressurized water, reducing gases and / or gases which can be decomposed by increasing the volume is connected to the grinding chamber.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device suitable for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment.
  • 1 denotes a first pressure-resistant chamber, which is designed as a granulating chamber.
  • the chamber 1 has a cover 2, which is connected to the wall 3 of the granulating chamber in a pressure test, water 4 being placed in the interior of the granulating chamber.
  • the water level is indicated by 5.
  • the task of liquid slag is indicated here schematically by a pivotable slag pan 6, whereby alternatively other task forms, such as slag channels or corresponding locks, can be provided.
  • slag granules 7 being formed which are drawn off together with the hot wet steam via a line 8.
  • the wet steam here has a temperature of approximately 150 ° C., the steam pressure being set at approximately 5 bar.
  • the wet steam granulate flow reaches the bottom 10 of a grinding chamber 11 via a controllable shut-off valve 9.
  • a grate 12 is provided on the inside of the grinding chamber 11, on which there is a bed of grinding media 13. In the case of appropriately small-sized grinding media, a fluidized bed can be set by appropriate flow, so that the grinding effect is supported by the movement of the grinding media.
  • a fixed bed can also be present here, corresponding nozzle-shaped interspaces being formed in the interspaces between the grinding media 13, in which the expanding steam accelerates together with the particle flow or the particles rapidly disintegrate by hitting the grinding media let it slow down again.
  • a feed device 14 further grinding aids or additives can be introduced into the space filled with grinding media and, in particular, spheres, in which case already solidified slag or CaC03 can also be fed in here.
  • the pressure inside the grinding chamber 11 is generally lower than the pressure in the pressure granulator, so that the wet steam gets into the grinding chamber from the pressure granulator without additional pumps.
  • a discharge line 15 is connected to the grinding chamber 11, via which the grinding elements are fed to a heat exchanger 16, whereupon the grinding elements of the grinding chamber 11 which are subjected to a change in temperature are returned.
  • the ground material is drawn off from the grinding chamber via a line 17 and fed to a classifier 18.
  • Coarse material is drawn off via line 19 and a rotary valve 20 and can at least partially be returned to grinding chamber 11 via line 21.
  • the remaining fine material, which leaves the classifier reaches a filter 22 and is discharged there via a rotary valve 23 and a line 24.
  • the vapor drawn off via line 25 can subsequently be condensed and fed back into the pressure granulator as water. Pressurized water, reducing gases and / or gases which can be decomposed with an increase in volume can be supplied to the grinding chamber 11 via a line 26.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a device suitable for carrying out the method according to the invention.
  • a slag tundish is designated, in which liquid slag 28 is kept at the appropriate temperature.
  • a throttle tube 29 is immersed in the slag bath 28 and is height-adjustable in the direction of the double arrow 30 is so that between the lower edge of the throttle tube 29 and the slag outlet opening 31 of the slag tundish 27 there remains a throttle gap over which a tubular slag jet is formed.
  • a steam jet pipe 32 into which steam can be injected, opens into the interior of the throttle pipe 29.
  • the slag outlet opening 31 is designed as a cooled annular chamber through which cooling water flows.
  • the extremely fine droplets of slag ejected in this way are acted upon by quench water emerging from the ring nozzle 33, whereupon the droplets of droplets subsequently reach the area of a radiation cooler 34, which is designed as a radiation steam boiler.
  • a radiation cooler 34 which is designed as a radiation steam boiler.
  • High-pressure feed water with a maximum pressure of 10 bar is fed to the radiation steam boiler, the cooling chambers being forced through and high-pressure steam can be drawn off.
  • a temperature of approximately 950 ° C. prevails at the point of impact of the quench water on the slag droplets, whereas the particle particles at the lower end of the radiation cooler have a temperature of approximately 400 ° C.
  • the particles subsequently hit a fixed bed of jet grinding balls which have a diameter of greater than 10 mm, preferably at least 30 to 40 mm.
  • Corresponding nozzle-shaped spaces are formed in the spaces between the grinding balls 35, in which the steam is accelerated together with the particle flow or the particles can be decelerated again quickly by disintegration when they hit the grinding elements.
  • the finely ground granules obtained in this way are drawn off via a line 36 and a filter 37 and a cellular wheel sluice 38.
  • the grinding powder has a grain size of between 5 and 45 ⁇ m.
  • the steam emerging from the radiation steam boiler 34 can be drawn off via a steam drum 39 and possibly be reused as motive steam for atomizing the slag with the interposition of a superheater 40.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Zerkleinern von Stückgut oder Granulat, bei welchem das Mahlgut mit einem Treibmedium in eine Mühle eingebracht wird, wird so vorgegangen, dass in der Mühle Mahlkörper (35), insbesondere Kugeln, in einem Festbett oder Fliessbett bzw. in einer Wirbelschicht gehalten werden, wobei das mit Stückgut oder Granulat beladene Treibmedium in den mit Mahlkörpern (35) gefüllten Raum expandiert bzw. verdampft wird, worauf das Mahlgut über einen Sichter (37) aus der Mühle abgezogen wird. Die entsprechende Vorrichtung umfasst eine Mahlkammer, welche zumindest teilweise mit Mahlkörpern (35) gefüllt ist und an welche zumindest ein Anschluss oder eine druckfeste Leitung zum Einbringen des Mahlgutes und des Treibmediums und wenigstens eine Leitung (36) zum Abziehen des Mahlgutes angeschlossen ist.

Description

Verfahren zum Zerkleinern von Stückgut oder Granulat sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerkleinern von Stückgut oder Granulat, bei welchem das Mahlgut mit einem Treibmedium in eine Mühle eingebracht wird.
Aus der AT 405 511 B ist bereits ein Verfahren zum Zerkleinern von Granulat bekannt geworden, bei welchem die Schlackenschmelze mit Druckwasser beaufschlagt und das Granulat gemeinsam mit zumindest einem Teil des gebildeten Dampfes ausgetragen wurde. Durch das Abschrecken des Schmelzflusses mit Wasser wird hierbei eine schnelle Erstarrung erzielt, bei welcher eine Kristallisation weitestgehend verhindert werden soll, und statt dessen eine amorphe, glasige Struktur der Granalien erzielt wird. Derartige Granulate können bei geeigneter chemischer Zusammensetzung der schmelzflüssigen Schlacke wertvolle Rohstoffe zur Herstellung hydraulischer Bindemittel ergeben, wobei in aller Regel in der Folge eine intensive Zerkleinerung, und insbesondere ein Mahlvorgang erforderlich ist. In der AT 405 511 B wurde in diesem Zusammenhang bereits vorgeschlagen, die Schlackenschmelzwärme für die Zerkleinerungsarbeit bzw. Oberflächenvergrößerungsarbeit energetisch zu nutzen und auf diese Weise den Energieverbrauch zu senken. Zu diesem Zwecke wurde die flüssige Schlacke in frei fließenden Strahlen in eine Granulationskammer eingebracht, worauf gegen den Schlackenstrahl Druckwasserstrahlen gerichtet wurden und die erstarrte und granulierte Schlacke gemeinsam mit zumindest einem Teil des gebildeten Dampfes über eine pneumatische Förderleitung und einen Verteiler geführt, worauf in der Folge die Teilströme über Mehrstoffdüsen und insbesondere sich konisch verjüngende Düsen in einen Mahlraum eingebracht wurden. Der Mahlraum wurde hierbei nach Art einer Gegenstrommühle betrieben. Die für diese Betriebsweise erforderliche Ausbildung von Zweiphasendüsen, über welche Dampf und Granulat in den Mahlraum eingetragen wurden, setzte allerdings relativ teure Düsenkonstruktionen voraus, wobei derartige Zweiphasendüsensysteme sich als relativ verschleißanfällig erwiesen haben.
Aus der AT 405 512 B ist gleichfalls ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von Granulat bekannt geworden, bei welchem Wasser in einem ersten druckfesten Reaktionsraum vorgelegt wurde, wobei dieser Reaktionsraum unter einen Dampfdruck von mehr als 5 bar gesetzt wurde und die Granulation in diesem Druckraum vorgenommen wurde. Maßgeblich für die Aufrechterhaltung eines Druckes von mehr als 2 , 5 bar war bei dieser bekannten Verfahrensweise die Aufgabe, die Schwefelwasserstoffentgasung zu unterbinden und in hohen Mengen im glasartig erstarrenden Granulat einzubinden. In der Folge wurde das Granulat abgeschlämmt und in eine Strahlmühle übergeführt, wobei die Strahlmühle wiederum mit dem bei erstarrender Schmelze gebildeten Dampf betrieben werden konnte. Bei dieser Ausbildung konnte auf aufwendige und hohem Verschleiß unterliegende Düsen verzichtet werden, da das Granulat unmittelbar in eine Fließbettgegenstrahlmühle eingebracht werden konnte und das Eindüsen von Dampf über gesonderte Düsen vorgenommen werden konnte. Das Granulat wurde über Druckschleusen aus dem Reaktionsraum ausgebracht und abgeschlämmt, wobei auch hier in erster Linie dieses abgeschlämmte Granulat in die Fließbettstrahlmühle mit Dampf als Treibgas ein- gedüst wurde, wobei das Schlackengranulat nach Art eines Feststoffinjektors in das Fließbett beschleunigt eingedüst werden konnte .
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zu schaffen, welches den Einsatz konstruktiv wesentlich einfacherer Einrichtungen für die Durchführung erlaubt, und mit welchem ein besonders hoher Mahlwirkungsgrad sowie eine hohe Zerkleinerungsleistung unter Verzicht auf aufwendige Mehrstoffdüsen erreicht werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß in der Mühle Mahlkörper, insbesondere Kugeln, in einem Festbett oder Fließbett bzw. in einer Wirbelschicht gehalten werden, wobei das mit Stückgut oder Granulat beladene Treibmedium in den mit Mahlkörpern gefüllten Raum expandiert bzw. verdampft wird, worauf das Mahlgut über einen Sichter aus der Mühle abgezogen wird. Dadurch, daß der Mahlraum Mahlkörper enthält, verbleiben zwischen den Mahlkörpern Hohlräume, welche jeweils nach Art einer Vielzahl von einzelnen Düsen im Inneren des Festbettes oder der Wirbelschicht wirksam werden. Aufwendige Zweiphasendüsen für das Einbringen des Granulates mit dem Treibmedium sind somit entbehrlich, und die in den Zwischenräumen zwischen den Mahlkörpern ausgebildeten düsenartigen Hohlräumen führen zu einem hohen Ausmaß an turbulenter Strömung im Zwischenraum zwischen den Mahlkörpern und damit zu einer besonders intensiven Zerkleinerung. Die Mahlkörper, welche insbesondere als Mahlkugeln ausgebildet sein können, können hierbei auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen, sodaß sich im Inneren einer Wirbelschicht ein Kugelradiusgradient ausbildet, in welchen die Strömung des unter Druck stehenden Treibmediums gemeinsam mit dem Stückgut expandiert. Analoges gilt für die düsenartigen Hohlräume zwischen Kugeln in einer Festbett- schüttung. Zum Zerkleinern von Schmelzen, insbesondere von Schlackenschmelzen kann das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhaf er Weise so durchgeführt werden, daß die flüssigen Schmelzen unter überatmospärischem Druck in Wasser granuliert werden und daß das Granulat gemeinsam mit dem unter überatmosphärischem Druck stehenden Naßdampf in die Mühle eingebracht wird. Naßdampf bezeichnet Gemische aus flüssiger und gasförmiger Phase, die auch als Nebel bezeichnet werden können. Bei Temperaturen über 100° C und Drucken über 1 bar steht Dampf im Gleichgewicht mit Wasser, wobei jedenfalls Druck und Temperatur so gewählt werden sollen, daß bei Druckabsenkung in der Mühle bzw. bei der Expansion überhitzter, d.h. trockener Dampf gebildet wird, sodaß Materialien, welche zur Hydratisierung neigen oder durch Wasser ihre hydraulischen Eigenschaften verlieren, nicht zuerstört werden. Dadurch, daß nun lediglich Naßdampf gemeinsam mit dem Granulat gefördert wird, ist lediglich eine druckfeste Leitung erforderlich, wobei gesonderte Düsen für das Entspannen des Naßdampfes in die Mahlkörper bzw. die Wirbelschicht des Mahlraumes entbehrlich sind. Der Naßdampf selbst weist hierbei in aller Regel eine Temperatur von über 150° C auf und kann unter einem Druck von über 5 bar in den Mahlraum eingebracht werden, wobei die Expansion unter Dampfbildung zu einer etwa 1500-fachen Volumsvergrößerung führt und innerhalb der mit Mahlkörpern bzw. Mahlkugeln gefüllten Schicht überhitzter Wasserdampf ausgebildet wird, sodaß das entstehende Feingut nicht hydratisiert. Im Mahlkörperbett wird das Schlackengranulat mit hohem Wirkungsgrad vermählen, wobei das Mahlkörperbett unterschiedliche Mahlkörper und beispielsweise auch als Mahlkörper wirksame Zu ahlstoffe, wie beispielsweise Klinker und Puzzolane enthalten kann. Insgesamt kann mit einer derartigen Verfahrensweise eine Zerkleinerung auf ein dmax < 75 μm erzielt werden, worauf in der Folge nach konventionellen Methoden gesichtet werden kann.
Auch die Wasserqualität, wie sie für das Granulieren vorgelegt wird, muß keine besonderen Ansprüche an die Reinheit erfüllen, und es kann sogar leicht belastetes Abwasser entsorgt werden. Die Schlackenschmelzezufuhr in den Granulierraum kann diskontinuierlich über Schlackenpfannen oder kontinuierlich über Schlackenrinnen und Druckschleusen erfolgen.
Bei der Dampfkondensation läßt sich Energie rückgewinnen, sodaß der Wirkungsgrad um etwa 20 % gesteigert werden kann. Durch die direkte Entspannung von Naßdampf mit dem Schlackengranulat in das Mahlkörperbett entfallen aber in erster Linie die höchst verschleißanfälligen Zweiphasendüsensysteme, wie sie beim Ein- düsen von Dampf mit Granulat erforderlich waren.
Insgesamt werden zwischen 0,57 kg Wasser/kg Schlacke bis 2,25 kg Wasser/kg Schlacke eingesetzt. Beispielsweise entsteht bei Zugabe von 1 kg Wasser/ 1 kg Schlacke im Druckgranulator bei einem Druck von 5 bar und einer Temperatur von 150° C Naßdampf, bestehend aus 0,6 kg Dampf und 0,4 kg Wasser pro kg Schlacke. Die Expansion in den Mahlraum, in welchem beispielsweise ein Druck vom 0,2 bar herrscht, führt zur Entstehung von leicht überhitztem Dampf. Bei diesem Beispiel würde bei der Entspannung im Kugel-Mahlraum pro kg Schlacke etwa 750 1 (0,75 m3 ) Dampf entstehen.
Die Volumsänderungsarbeit von dem im Naßdampf enthaltenen Wasser in Dampf wird zu einem hohen Teil in Zerkeinerungsarbeit umgewandelt, wodurch sich hohe energetische Vorteile gegenüber konventionellen Systemen ergeben.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß die Mahlkörper im Kreislauf geführt und einer Temperaturänderung unterworfen werden. Die Mahlfeinheit kann so weiter vergrößert werden, indem eine für den Mahlvorgang energetisch besonders günstige Energieübertragung von den Mahlkörpern an das Mahlgut erfolgt, wobei mit Vorteil die Mahlkörper auf Temperaturen von > 600° C erhitzt werden und in den Mahlraum CaC03 eingebracht wird. Durch das Einbringen von CaCθ3 in den Mahlraum erfolgt ein Kalzinieren und gleichzeitiges Aufspalten in CaO und Cθ2 , was einerseits zu einer Verbesserung der hydraulischen Eigenschaften des Mahlgutes und andererseits zu einer weiteren Volumsvergrößerung und in der Folge zu einer besseren Zerkleinerung des Mahlgutes führt. Durch die Kreislaufführung der Mahlkörper wird auch die Voraussetzung für ein effizientes Reinigen der Mahlkörper geschaffen.
In vorteilhafter Weise können die Mahlkörper mit Katalysatoren wie z.B. Ni oder Ni-Oxid beschichtet eingesetzt werden. Auf diese Weise können dem mechanischen Mahlvorgang auch chemische Reaktionen überlagert werden. Die Mahlkörper können in der Kreislaufführung auch einem Kühlprozeß unterworfen werden, wodurch die Zermahlung von hitzeempfindlichen Produkten erleichtert wird.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß als Mahlkörper Metallkugeln oder Keramikkugeln eingesetzt werden, wobei in jeden Fall so vorgegangen wird, daß der Mahlraum unter geringerem Druck als die Granulierkammer gehalten wird. Zur Aufrechterhaltung dieser Druckdifferenz zwischen Mahl- räum und Granulierraum ist eine besonders einfache Regelung möglich, wobei es lediglich genügt, in die Druckleitung ein entsprechend einstellbares Regelventil einzuschalten, wodurch gleichzeitig die jeweils erforderliche Wassermenge im Granulierraum und die entsprechende Expansion in das mit Mahlkörpern gefüllte Fließbett gewährleistet wird.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß das Treibmedium pulsierend in die Mühle eingebracht wird. Dadurch wird die von den Mahlkörpern gebildete Wirbelschicht periodisch auf- und abgebaut, sodaß eine weitere Mahlwirkung dadurch entsteht, daß weiter oben liegende Kugeln unter Wirkung der Schwerkraft beim Zusammenfallen der Wirbelschicht auf darunter liegende Mahlkörper zu liegen kommen und so das dazwischen befindliche Mahlgut zerkleinern. Für hydratationsunempfindliches Mahlgut, wie z.B. Puzzolane, kann als Treibmedium beispielsweise kaltes Druckwasser mit einem Druck von ca. 100 bar gewählt werden. Dabei kann die Pulsation besonders leicht durch langsam laufende Hochdruck-Kolbenpumpen erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Mahlkammer, welche zumindest teilweise mit Mahlkörpern gefüllt ist und an welche zumindest ein Anschluß oder eine druckfeste Leitung zum Einbringen des Mahlgutes und des Treibmediums und wenigstens eine Leitung zum Abziehen des Mahlgutes angeschlossen ist. Insgesamt können somit relativ einfache Bauteile Verwendung finden, sodaß der apparative Aufwand für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens relativ gering ist. Eine solche Vorrichtung ist besonders für das Vermählen von Kalk, Glimmer, Tonen, oxidationsempfindlichen Produkten oder organischen Farbpigmenten geeignet, wobei hier beispielsweise überhitzter Wasserdampf oder inerte Gase (N2, Ar) als Treibmittel zum Einsatz gelangen. Zum Zerkleinern von Schmelzen, insbesondere von Schlackenschmelzen ist die Vorrichtung weiters gekennzeichnet durch zwei über eine druckfeste Leitung verbundene Kammern, wobei die erste Kammer als druckfeste Granulierkammer mit einer Aufgabeeinrichtung für flüssige Schlacke ausgebildet ist und wenigstens teilweise mit Wasser gefüllt ist und die zweite Kammer als Mahlkammer mit einem Abzug für Mahlgut ausgebildet ist, welche zumindest teilweise mit Mahlkörpern gefüllt ist, wobei die druckfeste Leitung aus dem mit Wasser gefüllten Raum der Granulierkammer in den mit Mahlkörpern gefüllten Raum der Mahlkammer mündet. Mit Vorteil ist die Ausbildung hierbei so getroffen, daß die druckfeste Leitung unterhalb der Mahlkörper an die Mahlkammer angeschlossen ist, wobei zur Einstellung des erforderlichen Wasserspiegels im Granulierraum und der gewünschten Expansion in die Mahlkammer mit Vorteil die druckfeste Leitung wenigstens ein Regel- oder Absperrventil aufweist.
Die Mahlkörper und insbesondere Mahlkugeln im Inneren der Mahl- kammer können bereits vor dem erstmaligen Entspannen von heißem Naßdampf, welches mit Granulat beladen ist, in entsprechende fluidisierte Form gebracht werden, wofür beispielsweise Dampf bzw. Preßluft eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist hierbei so getroffen, daß der Mahlraum einen Rost oder Siebplatten zur Abstützung der Mahlkörper aufweist, sodaß die gewünschte Geometrie im Inneren der Mahlkammer einfach eingehalten werden kann. Mit Vorteil weisen die Mahlkörper für die Ausbildung einer Wirbelschicht einen Durchmesser von weniger als 10 mm, und vorzugsweise weniger als 5 mm auf, um ein entsprechendes Fließbett ohne zusätzliche Maßnahmen aufrechterhalten zu können. Mahlkörper für eine Festbettschüttung können entsprechend größere Durchmesser aufweisen, wobei zur Ausbildung der düsenförmigen Zwischenräume in der Schüttung Kugeln geometrisch bevorzugt sind. Der Mahleffekt wird hier durch Beschleunigung des Teilchenstroms in den düsenartigen Zwischenräumen und Auftreffen des Granulates auf die Mahlkörper der Festbettschüttung erzielt.
Eine Abtrennung des Feingutes kann in konventioneller Weise so erfolgen, daß an die Austragsöffnungen für das Mahlgut ein Sichter, insbesondere ein Zyklon angeschlossen ist, und daß im Sichter abgetrenntes Grobgut dem Mahlraum rückgeführt wird. Um die Mahlwirkung weiter zu verbessern, ist die Vorrichtung in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß an dem mit Mahlkörpern gefüllten Raum eine Abfördereinrichtung für die Mahlkörper angeschlossen ist, welche über einen Wärmetauscher die Mahlkörper im Kreislauf in den Mahlraum rückführt. Im Wärmetauscher können die Mahlkörper entsprechend den Eigenschaften des zu mahlenden Produktes entweder erhitzt oder abgekühlt werden. Weiters kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß in den Mahlraum wenigstens eine weitere Leitung für Druckwasser, Reduktionsgase und/oder unter Volumsvergrößerung zersetzbare Gase angeschlossen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine erste Ausbildung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung und Fig. 2 eine alternative Ausbildung.
In der Zeichnung ist mit 1 eine erste druckfeste Kammer bezeichnet, welche als Granulierkammer ausgebildet ist. Die Kammer 1 verfügt über einen Deckel 2, welcher drucktest mit der Wand 3 des Granulierraumes verbunden ist, wobei im Inneren des Granulierraumes Wasser 4 vorgelegt ist. Der Wasserspiegel ist hierbei mit 5 angedeutet. Die Aufgabe von flüssiger Schlacke ist hier schematisch durch eine schwenkbare Schlackenpfanne 6 angedeutet, wobei alternativ andere Aufgabeformen, wie beispielsweise Schlackenrinnen bzw. entsprechende Schleusen vorgesehen sein können. Im Inneren des Druckgranulators befindet sich Wasser im Gleichgewicht mit dem Dampfraum, wobei sich Schlackengranulat 7 ausbildet, welches gemeinsam mit dem heißen Naßdampf über eine Leitung 8 abgezogen wird. Der Naßdampf weist hierbei eine Temperatur von etwa 150° C auf, wobei sich der Dampfdruck mit etwa 5 bar einstellt. Die Naßdampf-Granulatströmung gelangt über ein regelbares Absperrventil 9 an den Boden 10 einer Mahlkammer 11. Im Inneren der Mahlkammer 11 ist ein Rost 12 vorgesehen, auf welchem sich eine Mahlkörperschüttung 13 befindet. Bei entsprechend klein dimensionierten Mahlkörpern kann durch entsprechende Strömung ein Fließbett eingestellt werden, wodurch der Mahl- effekt durch die Bewegung der Mahlkörper unterstützt wird. Bei entsprechend groß dimensionierten Mahlkörpern kann hier aber auch ein Festbett vorliegen, wobei in den Zwischenräumen zwischen den Mahlkörpern 13 entsprechende düsenförmige Zwischenräume ausgebildet werden, in welchen sich der expandierende Dampf gemeinsam mit der Partikelströmung beschleunigt bzw. die Partikel durch Auftreffen auf die Mahlkörper rasch unter Desintegration wiederum abbremsen lassen. Über eine Aufgabevorrich- tung 14 lassen sich in den mit Mahlkörpern, und insbesondere Kugeln gefüllten Raum weitere Mahlhilfsmittel bzw. Zumahlstoffe einführen, wobei hier zusätzlich bereits erstarrte Schlacke oder CaC03 aufgegeben werden kann. Der Druck im Inneren der Mahlkammer 11 ist insgesamt geringer als der Druck im Druckgranulator, sodaß der Naßdampf ohne zusätzliche Pumpen vom Druckgranulator in dem Mahlraum gelangt. An die Mahlkammer 11 ist eine Abförder- leitung 15 angeschlossen, über welche die Mahlkörper einem Wärmetauscher 16 zugeführt werden, worauf die einer Temperaturänderung unterworfenen Mahlkörper der Mahlkammer 11 rückgeführt werden. Aus dem Mahlraum wird das gemahlene Gut über eine Leitung 17 abgezogen und einem Sichter 18 zugeführt. Grobgut wird hierbei über die Leitung 19 und eine Zellradschleuse 20 abgezogen und kann zumindest teilweise über die Leitung 21 wiederum in den Mahlraum 11 rückgeführt werden. Das verbleibende Feingut, welches den Sichter verläßt, gelangt zu einem Filter 22 und wird dort über eine Zellradschleuse 23 und eine Leitung 24 ausgetragen. Der über die Leitung 25 abgezogene Dampf kann in der Folge kondensiert werden und dem Druckgranulator als Wasser wieder aufgegeben werden. Über eine Leitung 26 können Druckwasser, Reduktionsgase und/oder unter VolumsVergrößerung zersetzbare Gase dem Mahlraum 11 zugeführt werden.
In Fig. 2 ist eine alternative Ausbildung einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung dargestellt. Mit 27 ist ein Schlackentundish bezeichnet, in welchem flüssige Schlacke 28 auf entsprechender Temperatur gehalten ist. In das Schlackenbad 28 taucht ein Drosselrohr 29 ein, welches in Richtung des Doppelpfeiles 30 höhenverstellbar ist, sodaß zwischen der Unterkante des Drosselrohres 29 und der Schlackenaustrittsöffnung 31 des Schlackentundish 27 ein Drosselspalt verbleibt, über welchen ein rohrförmiger Schlackenstrahl ausgebildet wird. In das Innere des Drosselrohres 29 mündet ein DampfStrahlrohr 32, über welches Dampf eingestossen werden kann. Die Schlackenaustrittsöffnung 31 ist als gekühlte Ringkammer ausgebildet, welche mit Kühlwasser durchflössen ist.
Die auf diese Weise ausgestossenen überaus feinen Schlackentröpfchen werden mit aus der Ringdüse 33 austretendem Quench- wasser beaufschlagt, worauf die Schlackentröpfchen in der Folge in den Bereich eines Strahlungskühlers 34 gelangen, welcher als Strahlungsdampfkessel ausgebildet ist. Dem Strahlungsdampfkessel wird Hochdruckspeisewasser mit einem Druck von maximal 10 bar zugeführt, wobei die Kühlkammern zwangsdurchströmt sind und Hochdruckdampf abgezogen werden kann. Am Auftreffpunkt des Quenchwassers auf die Schlackentröpfchen herrscht eine Temperatur von ungefähr 950° C, wohingegen die Teilchenpartikel am unteren Ende des Strahlungskühlers eine Temperatur von ungefähr 400° C aufweisen. An dieser Stelle herrscht ein Überdruck von maximal 2,5 bar, wobei die Teilchendurchmesser zwischen 50 und 200 um betragen. In der weiteren Folge treffen die Teilchen auf ein Festbett von Strahlmahlkugeln, welche einen Durchmesser von größer 10 mm, vorzugszweise wenigstens 30 bis 40 mm, aufweisen. In den Zwischenräumen zwischen den Mahlkugeln 35 werden entsprechende düsenförmige Zwischenräume ausgebildet, in welchen sich der Dampf gemeinsam mit der Partikelströmung beschleunigt bzw. die Partikel durch Auftreffen auf die Mahlkörper rasch unter Desintegration wieder abbremsen lassen. Das dadurch gewonnene feinst vermahlene Granulat wird über eine Leitung 36 und einen Filter 37 sowie eine Zellradschleuse 38 abgezogen. Das Mahlpulver weist eine Korngröße von zwischen 5 und 45 um auf.
Der aus dem Strahlungsdampfkessel 34 austretende Dampf kann über eine Dampftrommel 39 abgezogen werden und eventuell unter Zwischenschaltung eines Überhitzers 40 als Treibdampf für die Zerstäubung der Schlacke wiederverwendet werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Zerkleinern von Stückgut oder Granulat, bei welchem das Mahlgut mit einem Treibmedium in eine Mühle eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mühle Mahlkörper, insbesondere Kugeln, in einem Festbett oder Fließbett bzw. in einer Wirbelschicht gehalten werden, wobei das mit Stückgut oder Granulat beladene Treibmedium in den mit Mahlkörpern gefüllten Raum expandiert bzw. verdampft wird, worauf das Mahlgut über einen Sichter aus der Mühle abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Zerkleinern von Schmelzen, insbesondere Schlackenschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Schmelzen unter überatmospärischem Druck in Wasser granuliert werden und daß das Granulat gemeinsam mit dem unter überatmosphärischem Druck stehenden Naßdampf in die Mühle eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper im Kreislauf geführt und einer Temperaturänderung unterworfen werden .
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper auf Temperaturen von > 600° C erhitzt werden und daß in den Mahl- bzw. Kugelraum CaCθ3 eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper mit Katalysatoren wie z.B. Ni oder Ni-Oxid beschichtet eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Mahlkörper Metallkugeln oder Keramikkugeln eingesetzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlraum unter geringerem Druck als die Granulierkammer gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmedium pulsierend in die Mühle eingebracht wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Mahlkammer (11), welche zumindest teilweise mit Mahlkörpern (13) gefüllt ist und an welche zumindest ein Anschluß oder eine druckfeste Leitung
(8) zum Einbringen des Mahlgutes und des Treibmediums und wenigstens eine Leitung (17) zum Abziehen des Mahlgutes angeschlossen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß als Auslaß eines Schlackentundish (27) ausgebildet ist, in welchem eine Leitung (32) für das Treibmedium mündet.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch zwei über eine druckfeste Leitung (8) verbundene Kammern, wobei die erste Kammer (1) als druckfeste Granulierkammer mit einer Aufgabeeinrichtung (6) für flüssige Schlacke ausgebildet ist und wenigstens teilweise mit Wasser (4) gefüllt ist und die zweite Kammer (11) als Mahlkammer mit einem Abzug (17) für Mahlgut ausgebildet ist, welche zumindest teilweise mit Mahlkörpern (13) gefüllt ist, wobei die druckfeste Leitung (8) aus dem mit Wasser (4) gefüllten Raum der Granulierkammer (1) in den mit Mahlkörpern (13) gefüllten Raum der Mahlkammer (11) mündet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die druckfeste Leitung (8) unterhalb der Mahlkörper (13) an die Mahlkammer (11) angeschlossen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die druckfeste Leitung (8) wenigstens ein Absperrventil (9) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlraum (11) einen Rost (12) oder Siebplatten zur Abstützung der Mahlkörper (13) aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (13) einen Durchmesser von weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm aufweisen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an die Austragsöffnungen für das Mahlgut ein Sichter (18), insbesondere ein Zyklon angeschlossen ist, und daß im Sichter (18) abgetrenntes Grobgut dem Mahlraum (11) rückgeführt wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an dem mit Mahlkörpern (13) gefüllten Raum
(11) eine Abfördereinrichtung (15) für die Mahlkörper (13) angeschlossen ist, welche über einen Wärmetauscher (16) die Mahlkörper im Kreislauf in den Mahlraum (11) rückführt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mahlraum (11) wenigstens eine weitere Leitung (26) für Druckwasser, Reduktionsgase und/oder unter Volumsvergrößerung zersetzbare Gase angeschlossen ist.
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