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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Stahl und hydraulisch aktiven Bindemitteln, wie z. B. Hochofenschlacke, Klinker od. dgl.
Bei der Stahlherstellung entsteht Stahischlacke, welche einen relativ hohen Eisenoxidgehalt, bedingt durch den Frischeprozess enthält. Übliche Stahlschlacke enthält MnO und FeO in einem Ausmass, weiches bis zu 33 Gew. % beträgt.
Während Hochofenschlacke sich durch günstige hydraulische Eigenschaften und durch einen wesentlich geringeren Eisenoxidgehalt auszeichnet und damit einer Verwertung als Baugrundstoff leichter zugeführt werden kann, bereitet die Entsorgung von Stahlwerksschlacken zunehmend Schwierigkeiten, da die Stahlwerksschlacke in der anfallenden Zusammensetzung, d. h. ohne nachträgliche metallurgische Bearbeitung, nicht ohne weiteres für Bauzwecke od. dgl. verwendbar ist. Es wurde bereits vorgeschlagen, Stahlwerksschlacken gemeinsam mit Hochofenschlacken zu granulieren und als Schüttungsmaterial im Strassenbau zu verwenden. Der relativ hohe CaO-Gehalt der Stahlwerksschlacke lässt aber auch hier nur den Einsatz von begrenzten Mengen an Stahlwerksschlacke zu.
Eine metallurgische Aufarbeitung der Stahlwerksschlacke, um zu einem höherwertigen Produkt zu gelangen, ist in der Regel mit hohem Energieverbrauch verbunden und dadurch nicht ohne weiteres wirtschaftlich.
Schlacken mit relativ hohem Eisenoxidgehalt fallen aber auch bei anderen metallurgischen Prozessen oder Verbrennungsverfahren an. Insbesondere ist es bekannt, dass Cu-Konverterschlacken häufig einen Eisenoxidgehalt von über 50 Gew. % aufweisen, und es sind auch Schlacken aus Müll bzw. Abfallverbrennungsanlagen bekannt, welche sich durch relativ hohen Eisenoxidgehalt auszeichnen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, Stahlwerksschlacken bzw. Schlacken mit relativ hohem Eisenoxidgehalt der eingangs genannten Art unmittelbar in einem Stahlwerk weiter aufzubereiten und in ein besser verwertbares Endprodukt, nämlich in hydraulisch aktive Bindemittel, umzuwandeln. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren darin, dass Roheisen durch Zusatz von Eisenoxide in einer Menge von über 5 Gew. % enthaltenden Schlacken, wie z. B. Stahlschlacken, Cu-Konverterschlacken nach einer Reaktion mit einem Bleibad oder oxidierten Schlacken aus Abfallverbrennungsanlagen gefrischt wird. Bei diesem Verfahren wird somit der hohe Eisenoxidgehalt der flüssigen Schlacken, wie z.
B. der Stahlschlacke ausgenützt, um flüssiges Roheisen, welches einen relativ hohen Kohlenstoff- und Siliziumge- halt aufweist, zu frischen. Grundsätzlich setzt sich hiebei Eisenoxid mit Kohlenstoff bzw. Eisenkarbid zu Eisen und Kohlenmonoxid um, wohingegen das Eisenoxid der Schlacke gemeinsam mit dem Silizium des Roheisenbades zu Eisen und SiOz reagiert. Diese Reaktionen sind teilweise exotherm, sodass eine hohes Mass an Wirtschaftlichkeit erzielt wird. Durch die Reduktion des Eisenoxidgehaltes in der Stahlschlacke wird eine von der ursprünglichen Schlackenanalyse abweichende Analyse erzielt, welche wesentlich günstigere hydraulische Eigenschaften zur Folge hat.
Der Eisenoxidgehalt wird zur Oxidation des Roheisenbades ausgenützt, und es kann beispielsweise im Falle von Stahlschlacken eine Reduktion des Eisenoxidgehaltes auf unter ein Drittel des ursprünglichen Wertes erzielt werden, wodurch sich die Mengenanteile der anderen Komponenten der ursprünglichen Stahlschlacke in ihrem Anteil an der Gesamtschlacke erhöhen. Daraus resultiert eine neue Schlackenanalyse, welche keineswegs mehr der ursprünglichen Stahlschlackenanalyse entspricht. Die neue Schlackenanalyse zeichnet sich durch wesentlich günstigeren hydraulischen Modul und einen relativ hohen Alitgehalt aus.
Auch wenn das auf diese Weise erzielte Schlackenendprodukt, welches als Zementklinker bezeichnet werden kann, nicht einem genormten Portlandzementklinker entspricht, wird ein höchstwertiger Alitzementklinker erhalten, der als eine überaus günstige Basis für eine Mischung mit anderen hydraulischen oder latent hydraulischen Stoffen geeignet ist. Insbesondere eignet sich der auf diese Weise erhältiche Zementklinker für eine Mischung mit Puzzolanen, wobei eine besonders hohe 28Tagefestigkeit erzielt werden konnte.
Analoge Überlegungen, wie sie oben für Stahischlacke angestellt wurden, gelten für Cu-Konverterschlacke bzw. andere Schlacken, wobei im Falle von Cu-Konverterschlacken naturgemäss darauf geachtet werden muss, dass Kupfer als Stahischädling nicht in das Stahlbad gelangen darf. Kupfer muss daher zuvor über einem Bleibad abgeschieden werden, wobei das Kupfer vor dem Eisenbad aus der Schlacke entfernt wird. Das Blei selbst wird in der Folge in einer Eisenbadreaktion reduziert, wobei Eisen und Blei in einfacher Weise voneinander getrennt abgezogen werden können, da Eisen und Blei keine Lösung miteinander eingehen. Unterhalb des Eisen- bzw. Stahlbades bildet sich ein Bleisee aus, und es kann in diesen Fällen Stahl und Blei gesondert abgezogen werden.
Durch die Möglichkeit, neben einer simultanen Gewinnung bzw. Rückgewinnung der Metallfraktionen auch die verbleibende Schlacke in ein höherwertiges, wiederverwertbares Produkt umzuwandeln, ergibt sich ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil und es können Schlacken entsorgt werden, für welche bisher keine sinnvolle Verwendung bestand. Um die gewünschte Oxidation des Kohlenstoffgehaltes im Roheisenbad und damit das Frischen zu Stahl zu ermöglichen, wird mit Vorteil so vorgegangen, dass der Eisenoxidgehalt der
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Schlacke über 8 Gew. %, vorzugsweise über 10 Gew. %, gewählt wird.
Wesentlich für die eingangs erwähnten grundsätzlichen Reaktionen, wie sie im Roheisenbad ablaufen, ist die Einhaltung relativ hoher Temperaturen. Trotz der zumindest teilweise exothermen Reaktion kann durch Wärmeverluste die erforderliche Temperatur absinken, wobei die Verlustwärme in besonders einfacher Weise über Badelektroden wiederum eingebracht werden kann. Das Schmelzbad kann aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung in besonders einfacher Weise als elektrischer Widerstand, und das Roheisenbad als Gegenelektrode verwendet werden. In allen Fällen ist es für eine besonders wirtschaftliche Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und vor allen Dingen, um die gewünschten Reaktionen in einer annehmbaren Zeit zu Ende zu führen, erforderlich, dass die flüssige Stahlschlacke bei Temperaturen von über 1550.
C, insbesondere 1600'C, und flüssiges Roheisen bei Temperaturen von 1450 bis 1550.
C eingesetzt wird, wobei mit Vorteil so vorgegangen wird, dass die flüssigen Phasen gemeinsam 3 bis 8
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C, gehalten werden. Die Obergrenze von 1800. C wird hiebei mit Rücksicht auf die Alit-Stabilitätsobergren- ze gewählt. Das als Reduktionsmittel zum Einsatz kommende Roheisen muss auf mindestens 1350* C überhitzt werden, um die Alitbildung überhaupt zu ermöglichen. Die bevorzugte Verfahrensführung sieht hiebei vor, die flüssige Stahischlacke bei Temperaturen von über 1550. C einzusetzen, um hier optimale Phasenausbildung für die Weiterverwendung der Schlacken zu gewährleisten.
Durch die Reduktion des Eisenbades wird der Eisenoxidgehalt der Schlacke beispielsweise auf etwa 5 Gew. % gesenkt, wobei das Verfahren mit Vorteil so geführt wird, dass die Schlacke in eine Sinterphase übergeführt wird, welche aus 15 bis 25 Gew. % Schmelzphase (Aluminate, Ferrite) und Klinkerphase
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Die geforderte Überhitzung, welche teilweise aus den exothermen Reaktionen der Schlacke mit dem Roheisenbad resultiert, kann durch externe Beheizung vorgenommen werden, wobei mit Vorteil so vorgegangen wird, dass als Mischgefäss ein elektrisch beheizbarer Kipp-Konverter eingesetzt wird. Eine weitere Möglichkeit, neben einem relativ hohen Eisenoxidgehalt in der Schlacke auch die entsprechende Temperatur zu gewährleisten, besteht darin, dass die Schlacken durch Einblasen oder Aufblasen von Sauerstoff auf Überhitzungstemperatur gehalten werden.
Insbesondere dann, wenn die Schlacke durch Aufblasen von Sauerstoff auf Überhitzungstemperatur gehalten werden soll, wird mit Vorteil so vorgegangen, dass die Schlackenbadhöhe für die Reaktion mit Roheisen zwischen 2 und 8 cm, vorzugsweise 2 bis 6 cm, gewählt wird, wodurch sichergestellt wird, dass lediglich die Schlacke, nicht aber das darunter liegende Eisenbad mit Sauerstoff gefrischt wird.
Die Sinterphase schwimmt auf dem Eisenbad auf, wobei reduzierte Eisentröpfchen aus der Schlackenbzw. Sinterphase in das Eisenbad sedimentieren. Da ein hoher Sedimentationswiderstand in der Sinterphase besteht, ist es wiederum vorteilhaft, wie bereits oben angegeben, die Schlacken- bzw. Sinterphasendicke auf 2 bis 6 cm zu beschränken, wodurch sich bei Verweilzeiten zwischen 3 und 8 Stunden metallisches Eisen nahezu vollständig aus der Schlacke entfernen lässt.
Eine weitere Möglichkeit, die gewünschten Schiackenparameter einzustellen, besteht darin, dass den Schlacken basische Schwacherze zur Anhebung des Eisenoxidgehaltes auf über 8 Gew. % zugesetzt werden. Bevorzugt werden auch CaC03, AI203 und/oder Si02 als Additive eingesetzt. Insbesondere bei der Verwendung derartiger weiterer Additive kann die Prozessabwärme, und zwar sowohl die fühlbare als auch die chemische Wärme, zur Vorwärmung dieser Stoffe herangezogen werden.
Neben der Rückgewinnung von Kupfer mittels des Bleibades besteht naturgemäss auch die Möglichkeit der Rückgewinnung von Zink, wobei hier mit Vorteil so vorgegangen wird, dass bei Einsatz von CuKonverterschlacken Blei unterhalb des Stahlbades abgezogen wird und Zn aus der Gasphase kondensiert wird.
Für die Ergänzung der Verlustwärme wird mit Vorteil so vorgegangen, dass als Mischgefäss ein elektrisch beheizbarer Kip-Konverter eingesetzt wird.
Der Eisenoxidgehalt der Schlacke vermindert sich entsprechend dem Mengenverhältnis Schlacke zu Roheisen, wobei naturgemäss immer nur Gleichgewichtsreaktionen erzielt werden, sodass eine vollständige Umsetzung des Eisenoxidgehaltes nicht ohne weiteres denkbar ist. Eine besonders wirtschaftliche und effiziente Verfahrensweise ergibt sich dann, wenn flüssiges Roheisen der flüssigen Schlackenphase in Gewichtsmengen von 1 zu 2 bis 1 zu 3 zugesetzt wird.
Der gesinterte Zementklinker kann in üblicher Technologie weiterverarbeitet werden. Mit Vorteil wird die reduzierte Schlacke einer Klinkerkühl- und Granuliervorrichtung zugeführt, wobei in besonders einfacher Weise der Klinker mit Luft im Direktverfahren gekühlt wird.
Auch das gefrischte flüssige Roheisen, welches bereits weitgehend einer Stahlzusammensetzung entspricht, kann anschliessend nach bekannten Stahlnachbehandlungsverfahren weiterverarbeitet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Beispiel 1 :
Einem Teil Stahlschlacke wurde 0.5 Gewichtsteile flüssiges Roheisen zugesetzt, wobei die beiden Phasen gemeinsam 6 Stunden bei 1660. C gehalten wurden. Bei der Umsetzung entwickelten sich je kg Stahlschlackenschmelze 35 g Kohlenmonoxid, entsprechend 28 Normlitern.
Die Stahlschlacke wies folgende Analyse auf :
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<tb>
<tb> Si02 <SEP> 8
<tb> Alzo <SEP> 7 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 45
<tb> MgO <SEP> 5
<tb> MnO <SEP> + <SEP> FeO <SEP> 30, <SEP> 5 <SEP>
<tb> TiOz <SEP> 1 <SEP>
<tb>
Das Roheisen wies nachfolgende Analyse auf :
EMI3.2
<tb>
<tb> Si <SEP> 4
<tb> C <SEP> 5
<tb> Fe <SEP> 91
<tb>
Nach sechsstündiger Reaktion veränderten sich die Schlackenanalyse und die Stahlanalyse im nachfolgenden Sinne :
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<tb>
<tb> Schlackenanaiyse <SEP> (%)
<tb> Si02 <SEP> 13
<tb> AI203 <SEP> 8, <SEP> 9 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 60
<tb> MgO <SEP> 6, <SEP> 4
<tb> MnO <SEP> + <SEP> FeO <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Tri02 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Stahlanalyse <SEP> (%)
<tb> Si <SEP> 0
<tb> C <SEP> 2
<tb> Fe <SEP> 97
<tb>
Bei der Bewertung der Schlacke, welche als Zementklinker zum Einsatz gelangte, erfolgte eine übliche zementtechnologische Bewertung, welche folgende Werte ergab. In der nachfolgenden Tabelle sind auch die typischen Bereiche für Portlandklinker zum Vergleich angeführt.
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<tb>
<tb>
Kriterium <SEP> Wert <SEP> typischer <SEP> Bereich <SEP> (Portland-Klinker)
<tb> Hydraulischer <SEP> Modul <SEP> 1, <SEP> 85 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Silikatmodul <SEP> 0,67 <SEP> 1,8 <SEP> - <SEP> 3,2
<tb> Kieselsäuremodul <SEP> 1,46 <SEP> 2,5 <SEP> - <SEP> 3,5
<tb> Tonerdemodul <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 1, <SEP> 5-2, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Kalkstandard <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 8. <SEP> 0, <SEP> 95 <SEP>
<tb> Alitgehalt <SEP> (C3S) <SEP> 70,7
<tb>
Insgesamt wurde ein höchstwertiger Alitzementklinker erhalten. Die 28-Tagefestigkeit nach DIN 1164 betrug 62 N/mm2, was als extrem hoch eingestuft werden kann.
Es handelt sich allerdings nicht um einen
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genormten Portlandzementklinker, wobei dann, wenn ein der Norm entsprechender Portlandzementklinker erwünscht wird, eine weitergehende Reduktion des Eisenoxides und eine geringe Zugabe von Additiven, wie beispielsweise von Tonen zur Anhebung der SiO2- und Al2O3-Gehalte möglich wäre.
Beispiel 2 :
Zur Umsetzung der in Beispiel 1 bereits angeführten Stahlschlacke in eine Zielschlacke, welche als Hochofenschlacke bezeichnet werden könnte und nachfolgende Zusammensetzung aufweisen soll :
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<tb>
<tb> % <SEP> Zielschlacke
<tb> Si02 <SEP> 36, <SEP> 5 <SEP>
<tb> AI203 <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 48
<tb> MgO <SEP> 5. <SEP> 5
<tb> MnO <SEP> + <SEP> FeO <SEP> 0
<tb> Ti02 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
wird die ursprüngliche Stahischlacke zur Zielschlacke reduziert. Je kg Stahischlacke wird 733 g Roheisen benötigt, wobei 950 9 Stahl gebildet wird und 60 g CO bzw. 48 Normliter CO freigesetzt werden. Zusätzlich wurden zur Herstellung der oben genannten Zielschlacke 225 g Quarzsand zugesetzt.
Die Roheisen-und Stahlzusammensetzung ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben :
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<tb>
<tb> % <SEP> Roheisen <SEP> Stahl
<tb> Si <SEP> 4 <SEP> 0
<tb> C <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 5
<tb> Fe <SEP> 91 <SEP> 98
<tb>
Die Schmelztemperatur betrug etwa 1600. C, und es wurde eine Redoxzeit von ungefähr 4, 5 Stunden eingehalten. Die gebildete Hochofenschlacke ist als hydraulisch aktives Bindemittel ausgezeichnet verwendbar.
Die diesbezüglichen Kenndaten wurden wie folgt bestimmt :
Hydraulischer Index (Keil) = 92 % (sehr gut) Puzzolanität (ASTM C 618) = 118 (ausgezeichnet) Beispiel 3 :
Unter Verwendung von Cu-Schlacke aus einem Konverter wurde eine Ausgangsschlacke mit folgender chemischer Analyse eingesetzt :
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<tb>
<tb> Hauptkomponente <SEP> Anteil <SEP> (%) <SEP> Nebenkomponente <SEP> Anteil <SEP> (%)
<tb> SiOz <SEP> 28 <SEP> S03 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Al203 <SEP> 6 <SEP> K20 <SEP> 0, <SEP> 13 <SEP>
<tb> FeZ03 <SEP> 53 <SEP> Na20 <SEP> 0, <SEP> 64 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 8 <SEP> TiOs <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2 <SEP> Cr203 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Mn203 <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP>
<tb> P205 <SEP> 0, <SEP> 27 <SEP>
<tb> CI <SEP> + <SEP> F <SEP> 1 <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> Buntmetall <SEP> Anteil <SEP> (ppm)
<tb> Cu <SEP> H'OOO
<tb> Pb <SEP> 6'800
<tb> Zn <SEP> 3'760
<tb>
Bedingt durch den hohen Schlackenkupfergehalt wurde unter Vorschaltung eines Bleibades Kupfer vor dem Eisenbad aus der Schlacke entfernt.
In der Folge wurde Blei reduziert, wobei Eisen und Blei miteinander keine Lösung eingehen, sodass sich unterhalb des Eisen- bzw. Stahlbades ein Bleisee ausbildete. Stahl und Blei konnten gesondert abgezogen werden.
Der relativ hohe Schlackenzinkanteil wurde über dem Eisenbad reduziert und in der Dampfphase kondensiert.
Die verbleibende Schwermetallkonzentration lag im Bereich von Zementklinkerrohmaterial. Nach der Reduktion der Schlacke mit Hilfe des im Eisenbad gelösten Kohlenstoffes ergab sich folgende Schlackenanalyse :
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<tb>
<tb> Komponente <SEP> Anteil <SEP> (%)
<tb> Si02 <SEP> 60
<tb> Art203 <SEP> 13
<tb> Fe203 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 17
<tb> MgO <SEP> 4
<tb>
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Gleichzeitig mit der Rückgewinnung der Metallfraktion Zink aus der Gasphase durch Kondensation und der Rückgewinnung von Kupfer sowie der Rückgewinnung des Bleibades ergab sich ein hyraulisch aktives Material, weiches aufgrund seiner guten puzzolanischen Eigenschaften hohe Endfestigkeit, niedrige Hydratationswärme und hohe Chemikalienbeständigkeit aufwies.
Beispiel 4 : Flüssiger, oxidierter Müllschlacke wurde mittels der in Beispiel 3 beschriebenen Redoxreaktion bei einer Reaktionsdauer von 3. 5 Stunden und einer Schmelztemperatur von 1500. C Kupfer entzogen.
Die Ausgangsschlacke wies folgende Analyse auf :
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<tb>
<tb> Komponente <SEP> Anteil <SEP> (%) <SEP> Buntmetalle <SEP> Anteil <SEP> (%)
<tb> Si02 <SEP> 42 <SEP> Cu <SEP> 1. <SEP> 2
<tb> AI203 <SEP> 8 <SEP> Pb <SEP> 0. <SEP> 25 <SEP>
<tb> Fe203 <SEP> 28 <SEP> Zn <SEP> 0. <SEP> 3 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 11 <SEP> Sn <SEP> 0. <SEP> 1 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2 <SEP> Ni <SEP> 0. <SEP> 1 <SEP>
<tb> K20 <SEP> 1 <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 3
<tb> TiOz <SEP> 1 <SEP>
<tb> P20S <SEP> 0. <SEP> 1 <SEP>
<tb>
Bei einer Kupfer-Aktivität im Bleibad von 30-40 % und einer Schlackenschichthöhe von 3. 5 cm betrug die Gleichgewichtskonzentration von Kupfer in der Schlacke 200 ppm.
Aus der entkupferten Flüssigkeitsschlacke wurden anschliessend die restlichen Schwermetalle Blei, Zink, Zinn, Nickel und Eisen reduziert und abgeschieden.
Trennung der beiden Metallphasen Eisen/Blei gewährleistete die Rückgewinnung von hochwertigem, praktisch Kupfer freien Roheisen, mit folgenden Analysedaten :
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<tb>
<tb> Buntmetaff <SEP> Anteil <SEP> (%)
<tb> Ni <SEP> 0. <SEP> 34 <SEP>
<tb> Sn <SEP> 0. <SEP> 13 <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0. <SEP> 07 <SEP>
<tb>
Kühlung, Granulation und Mahlen der schwermetallangereicherten Flüssigkeitsschlacke ergab das Schlackenprodukt "Puzzolan", das folgende Analyse aufwies :
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<tb>
<tb> Komponente <SEP> Anteil <SEP> (%)
<tb> SiOz <SEP> 59
<tb> Al203 <SEP> 12
<tb> Fe20 <SEP> 0. <SEP> 5 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 16
<tb> MgO <SEP> 2. <SEP> 5 <SEP>
<tb> K20 <SEP> 1. <SEP> 5 <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 4. <SEP> 5 <SEP>
<tb> Ti02 <SEP> 1. <SEP> 5 <SEP>
<tb> P20S <SEP> 0. <SEP> 2 <SEP>
<tb>
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Index liegt bei 95%.
Insgesamt lassen sich durch Zugabe von Si02 und gegebenenfalls Al203-Trägern wie Tonen, Quarzsand und Bauxit optimierte Hochofenschlacken herstellen, wobei gleichzeitig die Schmelzviskosität erheblich vermindert wird. Bei der Reduktion derartiger Schmelzen lassen sich Stahltröpfchen leichter durch Sedimentieren abschalten, sodass der freie Eisengehalt im hydraulischen Bindemittel wesentlich herabgesetzt werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in einfacher Weise in einem Stahlwerk vorgenommen werden.
Unter der Annahme eines stündlichen Schlackenanfalles von etwa 15 t müsste ein Konverter mit etwa 125 t aktivem Gewicht, bzw. 35 m3 aktivem Volumen eingesetzt werden, um jeweils 90 t Stahlschlacke bzw etwa 30 m3 mit ungefähr 34 t Roheisen (etwa 5 m3) vermischen zu können. Die Klinkerphase wird getrennt vom Stahl abgezogen und in ein Mischgefäss abgestochen, wo die Fertigstellung erfolgt. In diesem Mischgefäss kann beispielsweise durch die Zugabe von Additiven, wie beispielsweise von Tonen, und weitere Reduktion eine Veredelung zu Portlandzementklinker erfolgen. Im übrigen kann aber in einem derartigen Mischgefäss in erster Linie ein Ausgleich von Schlackenfluktuationen erfolgen.
Die Klinkerkühl- und Granuliervorrichtung kann mit Luft im Direktverfahren gekühlt werden. In solchen Fällen wird Luft bei Temperaturen von 20. C auf etwa 1100. C erwärmt, und der Klinker von etwa 1600' C auf 250. C abgekühlt.
Die gebildete Menge CO stellt eine weitere Energiequelle dar. Das CO fällt bei Temperaturen von etwa 1600. C an und beinhaltet somit neben der latenten chemischen thermischen Energie auch fühlbare Wärme. Wenn bei entsprechend gut isoliertem metallurgischem Behälter mit einem Wärmeverlust von maximal 30 % gerechnet wird, bedeutet dies, dass das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung vom Stahl und Klinker exotherm betrieben werden könnte, wenn die gebildeten brennbaren Gase optimal verwertet werden können.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich in besonders einfacher Weise eine schwer weiterverwertbare Stahlschlacke zu Erzzementklinker umwandeln, wobei gleichzeitig Frischarbeit geleistet wird. Der erfindungsgemässe Prozess erlaubt es weiters, grosse, in konventionellen Prozessen nicht ohne weiteres verwertbare Wärmemengen auszunutzen, und auf diese Weise auch die Emission an Gasen, insbesondere C02, herabzusetzen.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens finden die entscheidenden Reaktionen jeweils an den Grenzflächen der Schmelzen statt und das Verfahren kann in einem Sinterofen durchgeführt werden. Das aus der Grenzfläche ausgasende Kohenmonoxid reduziert gelöstes Eisenoxid in der Schlackenbadschicht, wobei naturgemäss der CO2-Anteil des Reduktionsgases in der Schlackenschicht ansteigt. Ab einem Volumsanteil von etwa 15 Vol. % CO2 verliert das Gas seine Reduktionswirkung, wobei jedoch immer noch zumindest teilweise eine weitere energetische Verwendung möglich ist, da derartige Gase oberhalb der Schlackenschicht mit Luftzug bzw. Sauerstoff oder Luft-Sauerstoffgemischen verbrannt werden können.
Die
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Wärmeübertragung auf die Schlacken- und Eisenphase erfolgt hiebei praktisch ausschliesslich über Strah- lungsvorgänge.
Die entstehende Abwärme kann, wie bereits erwähnt, zur Vorwärmung von Additiven herangezogen
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werden, wobei das Hauptziel dabei die Minimierung des Freikalkgehaltes sein muss.
Ein ggf. gewünschter Kohlenstoffeintrag zur Regulierung der Roheisenschmeiztemperatur und des Reduktionspotentiales kann durch Sättigung mit Kohlenstoff im Bad beispielsweise über Eintauchlanzen od. dgl. erfolgen. Der Kohlenstoffeintrag kann im Gegenstrom oder im Gleichstrom an mehreren Orten vorgenommen werden. Das Eisenbad erfüllt hiebei nicht nur die Aufgabe des Reduktionsmittelträgers sondern auch die Aufgabe eines Fördermediums für die Schlacken- bzw. Sinterphasen, wobei besonders einfache Ofenkonstruktionen Verwendung finden können.