WO2011147630A2

WO2011147630A2 - Device for producing granules from a mineral melt

Info

Publication number: WO2011147630A2
Application number: PCT/EP2011/055556
Authority: WO
Inventors: Vladimir Danov; Harald Landes; Dieter Most
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: WO2011147630A3; DE102010021660A1

Abstract

The invention relates to a device (2) for producing granules (4) from a mineral melt (6), comprising a melt feeding device (8) and a rotary atomizer (10) having a rotatably disposed rotational body (12), the atomizing of the melt (6) into microparticles taking place on the surface (4) thereof. The microparticles thus obtained take a trajectory (20) leading away from the rotational body (12). The invention is characterized in that the rotational body (12) comprises a metallic support body (16) having a ceramic coating (18) applied thereon.

Description

Beschreibung description

Vorrichtung zur Erzeugung eines Granulats aus einer mineralischen Schmelze Device for producing a granulate from a mineral melt

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Granulats aus einer mineralischen Schmelze nach dem Oberbe^¬ griff des Patentanspruchs 1. Zur Herstellung des sogenannten Hüttensandes wird die Schla^¬ cke, die bei Hochofenprozessen bei etwa 1500°C bis 1600°C flüssig anfällt, durch verschiedene Verfahren granuliert. Hierzu gehört einerseits das Abschrecken der Hochofenschla^¬ cke, was jedoch zu einem sehr hohen Wasserbedarf und insge- samt zu einem hohen Energiebedarf führt. The invention relates to a device for producing a granulate from a mineral melt according to the Oberbe ^¬ handle of claim 1. For the production of so-called granulated slag the Schla ^¬ bridge, which is obtained in blast furnace processes at about 1500 ° C to 1600 ° C liquid, by various Granulated process. This includes the one hand, the quenching of the blast furnace suppression ^¬ bridge, but this leads to a very high water demand and a total of a high energy demand.

Ein weiteres verbreitetes Verfahren zur Granulierung der Hochofenschlacke ist das sogenannte Rotating Cup-Verfahren. Hierbei wird die flüssige Schlacke auf einen teller- oder scheibenförmigen Rotationskörper gegossen, durch die Zentrifugalkraft wird die flüssige Schlacke in kleinen Tröpfchen nach außen geschleudert und so zerstäubt. Die abgekühlten Tröpfchen ergeben den gewünschten Hüttensand. Dieser Hüttensand kann beispielsweise in der Zementindustrie als Zusatz- Stoff verwendet werden. Ein derartiges Verfahren wird bei^¬ spielsweise in der EP 0 804 620 Bl beschrieben. Another common method for granulating blast furnace slag is the so-called Rotating Cup process. Here, the liquid slag is poured onto a plate or disc-shaped body of revolution, by the centrifugal force, the liquid slag is thrown in small droplets to the outside and thus atomized. The cooled droplets give the desired blastfurnace slag. This blastfurnace slag can be used as an additive in the cement industry, for example. Such a process is described in 0,804,620 Bl ^¬ play, in EP.

Diese Schrift liefert jedoch keinen Beitrag zu einem in der Praxis auftretenden Problems nämlich der mangelnden Dauerfes- tigkeit des Rotationskörpers gegenüber der aggressiven heißen mineralischen Schmelze. However, this document does not contribute to a problem that occurs in practice, namely the lack of durability of the rotating body compared to the aggressive hot mineral melt.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu Grunde, eine oben beschriebene Vorrichtung bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Langzeitbeständigkeit auf^¬ weist. Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Granulates aus einer mineralischen Schmelze nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Granu^¬ lats aus einer mineralischen Schmelze nach Patentanspruch 1 umfasst eine Schmelzzuführvorrichtung, durch die die Schmelze einer Drehzerstäubungsvorrichtung zugefügt wird. Die Drehzerstäubungsvorrichtung weist einen drehbar angeordneten Rotati- onskörper auf, an dessen Oberfläche ein Zerstäuben der The invention is therefore based on the object to provide a device described above, which has over the prior art, an improved long-term stability ^¬ . The object is achieved in a device for producing a granulate from a mineral melt according to the features of claim 1. The device according to the invention for producing a Granu ^¬ lats from a mineral melt according to claim 1 comprises a Schmelzzuführvorrichtung, added by the melt of a Drehzerstäubungsvorrichtung becomes. The rotary atomizing device has a rotatably arranged rotary body, on whose surface a sputtering of the

Schmelze in Mikropartikel , beispielsweise in Form von kleinen Tröpfchen erfolgt. Die Mikropartikel weißen üblicherweise ei^¬ nen Durchmesser im Bereich zwischen 500 ym und 5 mm auf. Die so entstandenen Mikropartikel nehmen eine Flugbahn ein, die vom Rotationskörper wegführt. Diese Flugbahn hat eine hohe radiale Komponente bzgl. der Drehachse des Rotationskörpers, sie ist jedoch nicht streng radial nach außen gerichtet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotationskörper einen metallischen Tragkörper und eine darauf angeordnete ke- ramische Beschichtung aufweist. Melt in microparticles, for example in the form of small droplets. The microparticles white usually ei ^¬ nen diameter in the range between 500 .mu.m and 5 mm. The resulting microparticles occupy a trajectory that leads away from the body of revolution. This trajectory has a high radial component with respect to the axis of rotation of the body of revolution, but it is not strictly directed radially outward. The invention is characterized in that the rotary body has a metallic carrier body and a ceramic coating arranged thereon.

Die beschriebene Erfindung weist insbesondere den Vorteil auf, dass der Rotationskörper gegenüber der aggressiven mineralischen Schmelze durch eine keramische Beschichtung ther- misch und chemisch geschützt ist. Der Rotationskörper kann insbesondere im Bereich des Tragkörpers zusätzlich zu der ke^¬ ramischen Beschichtung noch eine Kühlung aufweisen. Dies ist insbesondere deshalb zweckkmäßig, da die Schmelze eine Er^¬ starrungstemperatur aufweist, die bei 1200°C liegt. Die ther- mische Belastung des Rotationskörpers kann durch diese Maß^¬ nahme weiter gesenkt werden. Bei der Kühlung kann es sich einerseits um eine Wasserkühlung handeln, die grundsätzlich effektiver ist als eine Luftkühlung. Je nach Art der mineralischen Schmelze und deren Energie^¬ inhalt kann durch den beschriebenen erfindungsgemäßen Rotationskörper jedoch auch eine Luftkühlung ausreichend sein. Bei einer Luftkühlung kann zusätzlich die erhitzte Luft in Form von Abwärme in anderen Prozessen genutzt werden, wodurch eine Energieeinsparung des Gesamtprozesses entsteht. Im Fall der Wasserkühlung sinkt Kühlwasserstrohmund es entsteht mehr Wär^¬ meenergie in der Schlacke für die Nutzung durch die Luftküh- lung. The described invention has the particular advantage that the rotational body is thermally and chemically protected from the aggressive mineral melt by a ceramic coating. The rotation body can in particular also additionally comprise in the range of the supporting body to the ke ^¬ ramischen coating cooling. This is why zweckkmäßig especially since the melt has a star He ^¬ storage temperature, which is 1200 ° C. The thermal load of the rotating body can be further reduced by this measure ^¬ measure. The cooling can on the one hand be a water cooling, which is basically more effective than air cooling. Depending on the type of mineral melt and their energy content ^¬ However, air cooling may be sufficient by the invention described rotating body. With air cooling, the heated air can also be in shape be used by waste heat in other processes, resulting in an energy saving of the overall process. In the case of water cooling sinks Kühlwasserstrohmund there is more heat ^¬ meenergie in the slag for use by the air cooling.

Der Rotationskörper kann je nach der zu erzielenden Flugbahn unterschiedliche Oberflächengeometrien aufweisen. Eine zweckmäßige Oberflächengeometrie ist eine planare Oberfläche. Die Schmelze trifft auf die Oberfläche des Rotationskörpers auf und wird rein radial nach außen weggeschleudert. Um eine ent^¬ sprechende andere Flugbahn zu erzeugen, kann es jedoch auch zweckmäßig sein, dass die Oberfläche entsprechend eines Tel^¬ lers oder einer Tasse gewölbt ist. The rotational body may have different surface geometries depending on the trajectory to be achieved. A suitable surface geometry is a planar surface. The melt impinges on the surface of the rotating body and is thrown purely radially outward. To produce a ^¬ ent speaking different trajectory, but it may also be expedient that the surface is curved according to a Tel ^¬ sensor or a cup.

Als zweckmäßige keramische Beschichtungen haben sich Bornitrid, Borcarbid, Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid bzw. Mischungen daraus, so genannte Composits, als zweckmäßig er^¬ geben. Insbesondere das Bornitrid führt zu einer ausgespro- chenen glatten und temperaturbeständigen Oberfläche. Das gleiche gilt auch für das Borcarbid. Bei der Auswahl des Be^¬ schichtungswerkstoffes ist darauf zu achten, dass der Ausdeh^¬ nungskoeffizient zwischen dem Tragkörper und der keramischen Beschichtung möglichst gering sein sollte. Ist dies nicht oh- ne weiteres zu erzielen, da Metalle und Keramiken häufig un^¬ terschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweist (Metalle ha^¬ ben meist einen höheren Ausdehnungskoeffizienten als Keramiken) , kann es auch zweckmäßig sein, zwischen dem Tragkörper und der keramischen Beschichtung eine Zwischenschicht anzu- ordnen, die den Unterschied im Ausdehnungskoeffizienten kompensieren kann. Hierbei kann auch für den Werkstoff des Tragkörpers eine Metalllegierung gewählt werden, die dem Ausdehnungskoeffizienten der Keramik nahe kommt, beispielsweise CrFe5. As appropriate ceramic coatings are boron nitride, boron carbide, silicon nitride or silicon carbide or mixtures thereof, so-called composites, as appropriate he ^¬ give. In particular, the boron nitride leads to a pronounced smooth and temperature-resistant surface. The same applies to the boron carbide. In selecting the loading ^¬ coating material is important to ensure that the Ausdeh ^¬ expansion coefficient between the support body and the ceramic coating should be as low as possible. If this is not OH ne to achieve further as comprising metals and ceramics often un ^¬ terschiedliche expansion coefficient (metals ha ^¬ ben usually a higher expansion coefficient than ceramics), it may also be expedient to be applied an intermediate layer between the support body and the ceramic coating which can compensate for the difference in the expansion coefficient. Here, a metal alloy can be selected for the material of the support body, which comes close to the coefficient of expansion of the ceramic, for example CrFe5.

Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die Oberfläche des me^¬ tallischen Tragkörpers aufgeraut ist, damit die keramische Beschichtung bzw. die Zwischenschicht auf der Oberfläche des metallischen Körpers besser anhaftet. Further, it may be expedient that the surface of me ^¬-metallic carrier body is roughened, so that the ceramic Coating or the intermediate layer on the surface of the metallic body better adheres.

Grundsätzlich kann die keramische Beschichtung auch als selbsttragender Körper ausgestaltet sein und auf den Tragkörper aufgesetzt sein. In principle, the ceramic coating can also be designed as a self-supporting body and placed on the support body.

Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung sowie weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei sind Merkmale mit derselben Benennung, jedoch in unterschiedlicher Ausgestaltungsform jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen. Further embodiments of the invention and further features of the invention will be explained in more detail with reference to the following figures. In this case, features with the same name, but each provided with the same reference numerals in different embodiments.

Es zeigen: Show it:

Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Figure 1 is a schematic cross-sectional view through a

Vorrichtung zur Trockengranulation eine mineralischen Schmelze, Device for dry granulation a mineral melt,

Figur 2 einen Querschnitt durch einen Rotationskörper mit Figure 2 shows a cross section through a rotary body with

planarer Oberfläche und planar surface and

Figur 3 einen Querschnitt durch einen Rotationskörper mit einer tellerförmigen Oberfläche. 3 shows a cross section through a rotary body with a plate-shaped surface.

Anhand der Figur 1 wird zunächst die Vorrichtung 2 zur Tro- ckengranulation einer mineralischen Schmelze 6 in der Gesamtheit erläutert. Bei der Vorrichtung 2 handelt es sich um eine Vorrichtung, die zur Durchführung des so genannten Rotating Cupverfahrens dient. Hierbei wird grundsätzlich eine Schmelze auf einen Rotationskörper aufgegossen, wobei der Rotations- körper, in diesem Fall der Rotationskörper 12, als Rotating Cup bezeichnet wird. The device 2 for dry granulation of a mineral melt 6 as a whole will first be explained with reference to FIG. The device 2 is a device which serves to carry out the so-called rotating cup method. Here, in principle, a melt is poured onto a rotary body, wherein the rotary body, in this case the rotary body 12, is referred to as rotating cup.

In der beispielhaften Ausgestaltungsform gemäß Figur 1 ist ein Schlackebecken 28 vorgesehen, in der flüssige Schlacke in Form von Schmelze 6 beinhaltet ist, die über eine Schmelzen^¬ zuführungsvorrichtung 8 auf den Rotationskörper 12 gegossen wird. Der Rotationskörper 12 wiederum ist Bestandteil der Drehzerstäubungsvorrichtung 10, die insbesondere dazu dient, den Rotationskörper 12 anzutreiben und im Weiteren nicht näher erläutert wird. Die flüssige Schmelze 6 auf dem Rotati^¬ onskörper 12 wird auf einer Flugbahn 20 nach außen getrieben, wobei sich Mikropartikel bilden, die in der Regel die Form von Tröpfchen zwischen 0,5 mm und 5 mm Durchmesser aufweisen. Die Mikropartikel prallen in dieser Ausgestaltungsform an einer Prallwand 22 ab, wobei die Prallwand hierbei gekühlt sein kann. Gleichzeitig wird über eine Kaltluftzufuhr 30 kalte Luft in einen Prozessraum 31 geblasen, die dazu dient, die Mikropartikel auf ihrer Flugbahn 20 und nach dem Abprall an der Prallwand 22 zu kühlen und deren Erstarrung zu fördern. Die während des Prozesses erhitzte Kaltluft 30 tritt an einem Warmluftauslass 32 im oberen Bereich der Vorrichtung 2 als Warmluft aus. Die Warmluft kann als thermische Energiespender für andere Prozesse energieeffizient genutzt werden. In the exemplary embodiment according to Figure 1, a slag pool 28 is provided is included in the liquid slag in the form of melt 6, which is poured over a melting ^¬ feeding device 8 to the rotary body 12th The rotary body 12 in turn is part of the rotary atomizing device 10, which serves in particular to drive the rotary body 12 and will not be explained in more detail below. The liquid melt 6 on the Rotati ^¬ onskörper 12 is driven to a flight path 20 to the outside, said microparticles form, having the form of droplets between 0.5 mm and 5 mm in diameter in the rule. The microparticles bounce off in this embodiment of a baffle 22, wherein the baffle can be cooled in this case. At the same time 30 cold air is blown into a process chamber 31 via a cold air supply, which serves to cool the microparticles on their trajectory 20 and after the rebound on the baffle 22 and to promote their solidification. The heated during the process cold air 30 exits at a hot air outlet 32 in the upper part of the device 2 as warm air. The hot air can be used as a thermal energy source for other processes energy efficient.

Die erstarrten Mikropartikel prallen nun in ein Fließbett 24, indem sie nun als Granulat 4 in ein Reservoir 26 geleitet werden. Das Granulat ist ein körniges Produkt, das auch als Hüttensand bezeichnet wird und das in der Zementherstellung gewinnbringend Anwendung findet. The solidified microparticles now collide in a fluidized bed 24, by now they are passed as granules 4 in a reservoir 26. The granulate is a granular product, also known as blastfurnace slag, which is used profitably in cement production.

Bei der Verwendung eines metallischen Rotationskörpers, der eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist es in der Re- gel notwendig, eine sehr gute Kühlung des Rotationskörpers 12 zu gewährleisten, damit dieser nicht beschädigt wird. Dennoch kommt es aufgrund der hohen Temperatur der Schmelze, die erst bei wenigstens 1200°C erstarrt, häufig zum Ankleben von When using a metallic rotary body, which has a very high thermal conductivity, it is generally necessary to ensure a very good cooling of the rotary body 12 so that it is not damaged. Nevertheless, due to the high temperature of the melt, which solidifies only at least 1200 ° C, it often comes to sticking of

Schmelzepartikeln auf der Oberfläche des Rotationskörpers, was zu dessen Beschädigung führt. Es ist dann notwendig, den Rotationskörper auszutauschen und durch einen neuen zu ersetzen, was sehr hohe Kosten verursacht. Melt particles on the surface of the rotating body, resulting in its damage. It is then necessary to replace the rotation body and replace it with a new one, which causes very high costs.

Feuerfeste Materialien, insbesondere keramische Materialien, weisen eine geringere Wärmeleitfähigkeit bei einer höheren chemischen Resistenz und bei einer höheren Temperaturbeständigkeit auf. Deshalb ist der Rotationskörper 12 gemäß der Fi^¬ guren 2 und 3 mit einer keramischen Beschichtung versehen. In Figur 2 weist die Oberfläche 34 des Tragkörpers 12 eine pla^¬ nere Geometrie auf, die Schmelze 6 gelangt auf die Oberfläche 34 und wird praktisch in einer Ebene entlang der Flugbahn 20 nach außen geschleudert, in Figur 3 weist die Oberfläche 34 des Tragkörpers 12 eine tellerförmige Einbuchtung auf, wo^¬ durch die Flugbahn 20 der Mikropartikel bezüglich einer Drehachse des Rotationskörpers einen steileren Winkel erhält. Refractory materials, especially ceramic materials, have a lower thermal conductivity with a higher chemical resistance and a higher temperature resistance. Therefore, the rotary body 12 is provided according to the Fi ^¬ gures 2 and 3 with a ceramic coating. In Figure 2, the surface 34 of the support body 12 has a pla ^¬ nere geometry, the melt 6 reaches the surface 34 and is practically thrown in a plane along the trajectory 20 to the outside, in Figure 3, the surface 34 of the support body 12 is a plate-shaped Indentation on where ^¬ receives a steeper angle through the trajectory 20 of the microparticles with respect to a rotational axis of the rotating body.

Die Form der Oberfläche 34 des Rotationskörpers 12 kann je nach Anforderungen des Prozesses, insbesondere der Schlacke^¬ eigenschaften der Granulationsgröße und der verwendeten Abkühlverfahren der Schlacke variieren. The shape of the surface 34 of the rotating body 12, depending on the requirements of the process, in particular the slag ^¬ properties of Granulationsgröße and the cooling process of the slag used vary.

Grundsätzlich kann sowohl eine Luftkühlung 38 als auch eine Wasserkühlung 36 vorgesehen sein. Exemplarisch wird der Rotationskörper 12 mit einer Luftkühlung 38 gekühlt, die durch eine lange hohlraumförmige Ausnehmung im Innenraum des Rotationskörpers 12 dargestellt ist. Die hierbei entstandene Warmluft kann als positive Prozesswärme in anderen Prozessen genutzt werden. In principle, both an air cooling 38 and a water cooling 36 may be provided. By way of example, the rotary body 12 is cooled with an air cooling system 38, which is represented by a long cavity-shaped recess in the interior of the rotary body 12. The resulting hot air can be used as positive process heat in other processes.

Wiederum rein exemplarisch ist eine Wasserkühlung in Form von Kühlkanälen in Figur 3 dargestellt. Die Wasserkühlung ist jedoch unabhängig von der Geometrie des Rotationskörpers 12. Again purely by way of example a water cooling in the form of cooling channels is shown in FIG. However, the water cooling is independent of the geometry of the rotating body 12th

Die Wärmeübertragungsmechanismen zwischen Schmelze und Rotationskörper gestalten sich wie folgt: An einer Schmelzoberfläche zum Prozessraum 31 erfolgt eine Wärmeübertragung durch Konvektion. Zwischen der Schmelze 6 und der keramischen Be- Schichtung 18 erfolgt eine Wärmeübertragung über eine Wärmeleitung, dieselbe Wärmeübertragung erfolgt auch zwischen der keramischen Beschichtung 18 und dem Tragkörper 16, wobei hier noch ein Kontaktwiderstand besteht. Grundsätzlich ist es mög^¬ lich, dass zwischen der keramischen Beschichtung 18 und dem Tragkörper 16 eine hier nicht dargestellte Zwischenschicht vorliegt. Auch hier wiederum würde eine Wärmeleitung als Wärmeübertragungsmechanismus vorliegen. Zwischen Tragkörper 16 und der darin angeordneten Kühlung 36 bzw. 38 erfolgt wieder- um eine konvektive Wärmeübertragung an das Wasser bzw. an die Luft. The heat transfer mechanisms between the melt and the rotating body are as follows: Heat transfer by convection takes place on a melt surface to the process chamber 31. Heat transfer takes place via a heat conduction between the melt 6 and the ceramic coating 18; the same heat transfer also takes place between the ceramic coating 18 and the support body 16, with a contact resistance remaining here. Basically, it is mög ^¬ Lich that between the ceramic coating 18 and the supporting body 16, an intermediate layer, not shown here present. Again, there would be a heat conduction as a heat transfer mechanism. Between supporting body 16 and the cooling 36 or 38 arranged therein takes place again for a convective heat transfer to the water or to the air.

Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung des Rotationskörpers 12 durch die keramische Beschichtung 18 besteht darin, dass an der keramischen Beschichtung ein Anbacken bzw. ein Anhaften der Schlacke verhindert wird. Die Form der Oberfläche 14 bleibt auch nach längerer Prozessdauer erhalten. Zumindest ist es möglich, eine reproduzierbare Korngrößenverteilung des Produktes Hüttensand einzustellen. Die Produktqualität kann somit ebenfalls erhöht werden. Another advantage of the embodiment of the rotational body 12 through the ceramic coating 18 is that caking or adhesion of the slag to the ceramic coating is prevented. The shape of the surface 14 is retained even after a long process time. At least it is possible to set a reproducible particle size distribution of the product granulated slag. The product quality can thus also be increased.

Claims

claims

1. Device (2) for producing a granulate (4) from a mineral melt (6) with a Schmelzenzuführvor- direction (8), and a Drehzerstäubungsvorrichtung (10) with a rotatably mounted rotary body (12) on the surface (14) Atomization of the melt (6) takes place in microparticles and the resulting microparticles occupy a trajectory (20) leading away from the rotation body (12), characterized in that the rotation body (12) has a metallic support body (16) and a housing arranged thereon Kera ^¬ coating mix (18).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the supporting body (16) is cooled.

3. A device according to claim 2, characterized in that it is a water cooling in the cooling.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that it is an air cooling in the cooling.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary body (12) has a planar surface (14).

6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the surface (14) of the rotary body is curved plate-shaped.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic coating (18) is designed on the basis of boron nitride, boron carbide, silicon nitride or silicon carbide.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the metallic Tragkör- by (16) and the ceramic coating (18) an intermediate layer is arranged.

9. Device according to one of the preceding claims characterized in that a surface of the metallic support body (16) is roughened.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic coating is designed in the form of a self-supporting ceramic body.