DE3626772A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von strassenbaustoffen und waermerueckgewinnung aus metallurgischen schlacken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Straßenbaustoffen und Wärmerückgewinnung aus metallurgischen Schlacken, wie Hochofen-, Stahlwerks- und Metallhüttenschlacken. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung von Roheisen und Stahl entstehen große Mengen metallurgischer Schlacken, die einen hohen Wärmeinhalt aufweisen. So fielen z. B. in der Bundesrepublik Deutschland im Jahre 1984 ca. 9,5 Mio. Tonnen Hochofenschlacke und 5,2 Mio. Tonnen Stahlwerksschlacke an, mit ca. 27,4 PJ; dieser Wärmeinhalt entspricht ca. 950 000 Tonnen Steinkohleeinheiten.

Wegen der erheblichen Energiepreissteigerungen aufgrund der Ölkrisen hat es in den letzten Jahren verschiedene Vorschläge, insbesondere in Japan und Schweden, gegeben, die Schlacke nicht mehr wie bisher in Schlackenbeete abzugießen und dort abkühlen und erstarren zu lassen, sondern das Wärmepotential der Schlacken durch Rückgewinnung auszunutzen. Bei dem heute üblichen Weg des Vergießens der Schlacke in Schlackenbeete und Erstarrenlassen entsteht eine kristalline Schlacke, die sich günstig im Straßenbau bewährt hat. Bei diesem Verfahren wird die Schlacke schichtweise übereinander im Schlackenbeet abgegossen. Auf diese Weise wird eine plötzliche Abkühlung der Schichten und eine glasige Ausbildung der Schlacke verhindert, eine gleichmäßige Durchwärmung der Schlacken erzielt und dabei eine Schlacke mit kristallinem Charakter erzeugt. Eine Wärmerückgewinnung ist bei diesem Verfahren nicht möglich.

In Japan sind zwei Wege vorgeschlagen worden, um aus Schlacken Wärme zurück zu gewinnen.

Einmal wurde Stahlwerksschlacke schlagartig mit Luft verdüst und dabei die Strahlungswärme und der konvektive und leitende Wärmeanteil in einem geschlossenen Behälter zur Dampferzeugung entnommen. Das durch die Versprühung entstandene feine kugelförmige Schlackenmaterial sollte, da es in glasiger Form vorlag, zum Bestrahlen und Säubern von Schiffen eingesetzt werden. Da dieses Material jedoch zu hart war und neben Rost und Farbe die stählernen Schiffsteile angriff, wurde dieser Gedanke fallengelassen.

Als zweite Möglichkeit ist das Vergießen von Hochofenschlacke zwischen zwei gekühlten Walzen untersucht worden. In den verwendeten Kupferwalzen wurde eine organische Flüssigkeit aufgeheizt, die eine optimale Wärmeabfuhr ermöglichte. Das dünne Schlackenmaterial war jedoch nicht verkaufsfähig, so daß dieses Verfahren nur zu hohen Deponiekosten für die Schlacke führte.

Auf einem weiteren Weg wurde Schlacke durch ein Wirbelbett und einen Wärmetauscher geführt. Das so erzeugte Schlackengranulat hatte eine maximale Körnung von 3 bis 5 mm mit glasigen Anteilen.

Ferner wurde vorgeschlagen, in einem ersten Schritt die Schlacke in einen Behälter zu geben und die Strahlungswärme der Schlacke dort zu entnehmen. Da sich schnell ein erkaltender Deckel auf der Schlacke bildet, der die Strahlungswärme nicht austreten läßt, wurde eine Rührvorrichtung vorgeschlagen und in einer Pilotanlage eingesetzt. Nach größtmöglicher Wärmeentnahme im flüssigen Bereich wurde Schlacke granuliert, abgegossen, einem Schacht zugeführt und in diesem die restliche Wärme durch Luft entzogen. Die entstandenen Granulate waren überwiegend kristallin mit glasigen Anteilen, doch sind sie als Straßenbaustoff, an den bestimmte Anforderungen gestellt werden, bedingt geeignet (DE-OS 31 02 296).

Nach einem weiteren Vorschlag wird anstelle eines Behälters mit Rührvorrichtung eine sich drehende Trommel verwendet, deren Außenfläche gekühlt wird. Die Schlackenschmelze wird an der einen Seite der geneigt angeordneten Trommel in diese eingegossen und mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 20°C/min bis zur Verfestigung abgekühlt. Während die Trommel sich um ihre Achse dreht, nimmt sie an der Innenwandung sich verfestigende Schlacke mit, die nach weiterer Drehung unter dem Einfluß der Schwerkraft herabfällt, zerbrochen wird und weitere Schlackenstücke zerbricht. Der sich bildende Schlackenschotter gelangt nach dem Austritt aus der Trommel in einen Wärmetauscherturm, der aus einer Speicherkammer und einer Wärmeaustauschkammer besteht, in welcher die restliche Wärme der Schlackenschotterstücke durch Luft zurückgewonnen wird (DE-OS 25 58 908). Die Nachteile dieses Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung sind darin zu sehen, daß keine Dosiereinrichtung für die Schlacke vorgesehen ist, um konstant ein Füllungsverhältnis von mehr als 10% bei einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 20°C/min zu erreichen, was für die angestrebte Schlackenschotterqualität Voraussetzung ist. Beim Gießen aus der Schlackenpfanne oder beim Hochofenabstich ist eine konstante Schlackeneinfüllmenge nicht gewährleistet, so daß die Bildung eines Schlackenringes an der Innenfläche der Trommel (Sticking) nicht ausgeschlossen werden kann, was die gesamte Anlage außer Kraft setzt. Die Trommel wird über Spritzdüsen mit Wasser gekühlt, wobei sich bei zu geringer Schlackeneinfüllmenge glasige Schlackenbestandteile bilden, während im Innern des Schlackenkörpers noch ein geringer Anteil eines Schmelzsumpfes verbleibt. Da die Speicherkammer zur Verbesserung der Kühlleistung (Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmerückgewinnung) dienen soll, wird den gebrochenen Schlackenkörpern keinerlei Zeit zum Temperaturausgleich (Tempern der Schlackenstücke = höhere λ-Werte) gegeben, so daß die Speicherkammer in Wirklichkeit den Wirkungsgrad des Wärmetauscherturmes verringert.

Nach einem weiteren Vorschlag wird Schlacke auf eine wassergekühlte glatte Fläche gegossen und dort die Wärme abgenommen. Eine günstige Entnahme soll dadurch erfolgen, daß auch von oben eine weitere Kühlplatte aufgelegt wird. Da mit wassergekühlten Platten die Wärme der Schlackenschicht schnell entnommen wird, muß auch bei dieser Verfahrensvariante damit gerechnet werden, daß die Schlacke glasige Bestandteile enthält (Tetsu-to-Hagane, 71 (1985), S. 786).

Aus der DE-AS 15 08 039 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Stückschlacke bekannt. Hierbei wird die schmelzflüssige Schlacke in eine Anzahl von Gießmulden gegossen, die auf einer endlosen über Umlenksterne geführten Kette aufgereiht und zu einem Gießstrang miteinander verbunden sind. Vor dem Einfüllen der schmelzflüssigen Schlacke werden in die zu füllenden Gießmulden bestimmte Mengen an Rückgut mit bestimmter Korngröße vorgelegt, auf die die Schlacke auftrifft, sie zum Teil niederschmilzt und zum Teil zusammensintert. Die Gießmulden bewegen sich im gezogenen Trum des Gießstranges unter langsamem Erkalten ihres Inhaltes bis zum oberen Umlenkstern, an dem die nunmehr wenigstens an ihrer Oberfläche erstarrten Blöcke aus den Gießmulden herausfallen und in eine Schnurre gelangen. Zur intensiven Kühlung der entleerten Gießmulden ist unterhalb des rücklaufenden Trums des Gießstranges ein Kühlluftverteiler angeordnet, der von einem Kühlluftgebläse gespeist wird. Aus der Schnurre fallen die Blöcke in einen Kühlschacht, der von Kühlluft durchströmt wird. Bei dieser Anlage ist nachteilig, daß im Bereich des Gießstranges ein großer Teil der Wärme der flüssigen und erstarrenden Schlacke verlorengeht, weil die Gießmulden keine Abdeckung aufweisen. Außerdem ist nicht vorgesehen, die durch Kühlung der Gießmulden aufgeheizte Luft als rückgewonnene Wärme zu nutzen. Ferner muß damit gerechnet werden, daß durch die sofortige Abkühlung der Blöcke im Kühlschacht eine kristalline Ausbildung derselben nicht vollständig durchgeführt werden kann. Die Blöcke sind daher als Straßenbaumaterial wenig geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der metallurgische Schlacke in einen hochwertigen Straßenbaustoff übergeführt werden kann bei gleichzeitiger verbesserter Wärmerückgewinnung.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß durch die in den Verfahrensansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Flüssige Hochofenschlacke wird bevorzugt im Bereich von 1200 bis 1400°C auf den profilierten Kühlkörper gegossen. Bei Stahlwerksschlacken liegt die Temperatur bevorzugt im Bereich von 1500 bis 1600°C. Durch das Auflegen des zweiten profilierten Kühlkörpers mit entsprechender Profilierung, die gemeinsam Sollbruchstellen schaffen, wird beidseitig ein Teil der Wärme der Schlacke entzogen, wobei gleichzeitig Schlackenstücke definierter Stückgröße (Schlackenwürfel) verbunden durch dünne Rippen oder Stege als Sollbruchstellen erzeugt werden. Die Rückgewinnung der Wärme der flüssigen Schlacke bei gleichzeitiger Einstellung einer geeigneten Schichtdicke und Korngröße erfolgt unterhalb der Erstarrungstemperatur der Schlacke.

Bei Verarbeitung von Hochofenschlacke ist die Abkühlzeit der Schlackenschichten zwischen den Kühlkörpern möglichst kurz zu wählen. Sie beträgt bevorzugt 5 bis 15 Minuten. Durch diese schnelle Abkühlung bildet sich eine mehr oder weniger stark ausgeprägte glasige Außenschale mit kristallinen Anteilen, während der Kern noch flüssig ist. Damit werden Schlackenstücke produziert, die im Innern noch hohe Wärmepotentiale besitzen.

In der Vorkammer des Kühlaggregates, in welche die Schlackenstücke nach dem Abkippen von den profilierten Kühlkörpern gelangen, erfolgt zunächst ohne Kühlung ein Temperaturausgleich zwischen dem flüssigen Kern und der teilweise glasig erstarrten Außenschale, mit dem Ziel, einer vollständigen Überführung der Schlacke in eine kristalline Gesamtstruktur. Dieser Vorgang wird als Temperschritt bezeichnet. Die Temperzeit für die Schlackenstücke beträgt mit Vorteil 30 bis 90 Minuten. Der Temperschritt wird durchgeführt, um das hohe Wärmepotential aus der Mitte der Schlackenstücke durch die Überführung in ein kristallines Gefüge schneller an die Oberfläche zu transportieren, weil die Wärmeleitfähigkeit fester kristalliner Schlacken mit steigender Temperatur zunimmt und erheblich größer als die flüssiger Schlacke ist. Es wurde nämlich überraschenderweise festgestellt, daß bei der Überführung der Schlackenstücke mit teilweise glasiger Außenschale in eine kristalline Gesamtstruktur der Wärmetransport an die Oberfläche der Schlacke zusätzlich beschleunigt wird.

Nachdem die kristalline Gesamtstruktur vorliegt, wird anschließend in einem weiteren Schritt in der Hauptkammer des Kühlaggregates der größte Teil der Wärme aus den vorgeformten, durchgetemperten Schlackewürfeln entnommen. Dazu werden die Schlackenstücke von der Vorkammer in die Hauptkammer gefördert und mit Hilfe des durchströmenden Kühlmediums auf Temperaturen von 150 bis 300°C abgekühlt. Das Kühlmedium, bevorzugt Luft, wird beim Durchströmen der Schlackenstücke erwärmt und zur Erzeugung von Hochdruckdampf über einen Wärmetauscher geleitet. Der Hochdruckdampf des ersten und dritten Schrittes kann einem Kraftwerk zur Stromerzeugung zugeführt werden. Die abgekühlten kristallinen Schlackenstücke erfüllen die physikalischen Anforderungen für Straßenbaustoffe.

Bei Verarbeitung von Stahlwerksschlacken weisen die Schlackenstücke nach der Abkühlung zwischen den profilierten Kühlkörpern im allgemeinen bereits eine kristalline Gesamtstruktur auf, so daß sie die Vorkammer des Kühlaggregates ohne Temperbehandlung passieren können. Dies trifft auch für die überwiegende Zahl von Metallhüttenschlacken zu.

Die Erfindung bietet somit eine Lösung der mit der Weiterverarbeitung metallurgischer Schlacken, insbesondere Hochofen- und Stahlwerksschlacken, verbundenen Probleme und ermöglicht es auf kontinuierliche Weise, verkaufsfähige Straßenbaustoffe kostengünstig herzustellen und gleichzeitig den hohen Wärmeinhalt der Schlacken in wirtschaftlicher Weise zurückzugewinnen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch die Merkmale der Vorrichtungsansprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 die Gesamtvorrichtung in Ansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die unteren und den oberen profilierten Kühlkörper,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Gießanlage mit profiliertem Kühlkörper,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Kühlkörper mit einer Profilierung und

Fig. 5 mit einer abgewandelten Profilierung.

Die Fig. 1 und 3 zeigen einen schienengebundenen Schlackenwagen 1, wie er beispielsweise zum Transport flüssiger Hochofenschlacke mit Hilfe einer Schlackenpfanne 2 verwendet wird. Die Vorrichtung weist gemäß Fig. 2 zwei nebeneinander angeordnete untere metallische plattenförmige Kühlkörper 4 auf mit einer Profilierung 5 an der Oberseite. Die Kühlkörper 4 sind über Gelenke 11 nach unten abklappbar. Zum Abkippen und zur Zurückführung der Kühlkörper 4 dienen z. B. nicht dargestellte Seilwinden.

Oberhalb der Kühlkörper 4 ist ein oberer metallischer plattenförmiger Kühlkörper 6 fahrbar angeordnet, mit einer um 90° versetzten Profilierung 5 auf seiner Unterseite. Der Kühlkörper 6 weist an den Seiten Räder 10 auf, die auf Führungsschienen 9, welche parallel zu den plattenförmigen Kühlkörpern 4 und 6 angeordnet sind, rollen. Der Kühlkörper 6 kann mit Hilfe einer Seilwinde 6 a, einer nicht dargestellten Hydraulik oder eines Exzenters auf den Kühlkörper 4 abgesenkt werden.

Die Profilierung 5 der Kühlkörper 4 und 6 besteht, wie Fig. 4 zeigt, aus Profilflächen 5 a, die bei der ersten Ausführungsform einen Winkel von 90° und bei einer zweiten Ausführungsform einen Winkel von 45° einschließen.

Unterhalb der Kühlkörper 4, 6 ist ein Bunker 12 mit einem Transportband 13 angeordnet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weisen die Kühlkörper 4 und 6 Zuleitungen 7 für das Kühlmedium Wasser und Ableitungen 8 für das Kühlmedium in Form eines Wasser-Dampf-Gemisches auf.

Gemäß Fig. 1, 2 und 3 wird ein Schlackenwagen 1 mit einer gefüllten Schlackenpfanne 2 neben eine Verteilerrinne 3 gefahren, die zwischen den beiden Kühlkörpern 4 angeordnet ist. Nach dem Verschwenken der Verteilerrinne 3 über die rechte Kühlplatte 4 wird durch Kippen der Schlackenpfanne 2 eine Schlackenschicht auf den rechten Kühlkörper 4 aufgebracht. Anschließend wird der zweite metallische plattenförmige Kühlkörper 6 mit der um 90° versetzten Profilierung über den Kühlkörper 4 gefahren und abgesenkt. Dabei drücken sich die Profilierungen 5 des Kühlkörpers 6 in die Schlackenschicht ein. Hierdurch entstehen vorgeformte Schlackenstücke. Durch die Zuleitung 7 wird Kühlwasser durch die Kühlkörper 4 und 6 geleitet; das bei der Abkühlung der Schlackenschicht entstehende Wasser-Dampf-Gemisch tritt aus den Ableitungen 8 aus. Gegen Ende der Abkühlzeit wird die Verteilerrinne 3 auf den benachbarten linken Kühlkörper 4 geschwenkt und eine neue Schlackenschicht auf seine Oberseite aufgebracht. Anschließend wird der Kühlkörper 6 vom Kühlkörper 4 abgehoben, über den benachbarten Kühlkörper 4 gefahren und abgesenkt.

Die vorgeformten Schlackenstücke auf dem rechten Kühlkörper 4 werden durch Abkippen desselben nach unten mit Hilfe des Gelenkes 11 abgekippt und fallen im Bunker 12 auf das Transportband 13. Kurz vor Ende der Abkühlzeit der Schlackenschicht, die auf dem linken Kühlkörper 4 liegt, wird die Verteilerrinne 3 wieder über den rechten Kühlkörper 4, der mit Hilfe nicht eingezeichneter Seilwinden wieder in die waagerechte Lage gezogen wurde, geschwenkt und eine neue Schlackenschicht aufgebracht. Anschließend wird der Kühlkörper 6 wieder über den rechten Kühlkörper 4 gefahren und abgesenkt. Die vorgeformten Schlackenstücke auf dem linken Kühlkörper 4 werden durch Abkippen desselben um das Gelenk 11 abgekippt und fallen im Bunker 12 wieder auf das Transportband 13. In dieser Weise wird der Vorgang laufend wiederholt.

Das Förderband 13 befördert die Schlackenstücke in einen Schlackenkübel 14, der mit Hilfe der Fördervorrichtung 15 auf die verschließbare Einlaßöffnung 18 der Vorkammer 16 eines Kühlaggregates gefördert wird. Nach Füllen der Vorkammer 16 wird die Einlaßöffnung 18 verschlossen. In der verschlossenen Vorkammer 16 werden die Schlackenstücke anschließend ohne Wärmeabfuhr getempert.

Nach Abschluß der Temperbehandlung fallen die Schlackenstücke nach Öffnen einer Auslaßschleuse 19 in die Hauptkammer 17 des Kühlaggregates. Dieses Kühlaggregat weist im unteren Teil eine Zuleitung 21 für Kühlluft und im oberen Teil eine Ableitung 22 für die erhitzte Kühlluft auf. Ferner besitzt die Hauptkammer 17 für die erhitzte Kühlluft eine verschließbare Auslaßschleuse 20. Die Ableitung 22 mündet in einen Dampfkessel 24, der einen Wärmetauscher 25 aufweist. Der Wärmetauscher 25 ist mit der Ableitung 8 der Kühlkörper 4 und 6 verbunden. Ferner weist der Wärmetauscher 25 eine Heißdampfleitung 26 auf, die zu einer nicht dargestellten Turbine mit Generator zur Stromerzeugung führt. Der Wärmetauscher 25 ist über eine Leitung 28 mit einem Reinigungszyklon 27 verbunden zur Reingung der abgekühlten Kühlluft. Die gesäuberte Kühlluft wird über eine Leitung 29 einem Gebläse 23 zugeleitet, welche die gereinigte und abgekühlte Luft über die Leitung 21 in die Hauptkammer 17 des Kühlaggregates leitet. Unterhalb der Auslaßschleuse 20 der Hauptkammer 17 ist ein Förderband 30 angeordnet, welches die abgekühlten Schlackenkörper in ein Transportgefäß 31 befördert.

Nachfolgend werden Anwendungsbeispiele gegeben.

Beispiel 1 (Hochofenschlacke)

Der Inhalt der Schlackenpfanne 2 lag je nach Füllgrad zwischen 13 bis 18 m³ Hochofenschlacke. Die durch eine Pyrometermessung ermittelte Temperatur betrug zwischen 1.250 bis 1.400°C bei einem λ-Wert der flüssigen Schlacke von 0,2 bis 0,3 W/mK.

In zwei Ausführungsbeispielen wurden als Kühlkörper 4, 6 solche mit einer 90°-Profilierung verwendet und in einem weiteren Kühlkörper 4 mit einer 45°-Profilierung eingesetzt, wobei jeweils die Profilierung der Kühlkörper 4 an der Oberseite gegenüber der Profilierung an der Unterseite der Kühlkörper 6 um 90° versetzt war. Die Größe der Kühlkörper betrug jeweils 4 m².

In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die erzielten Daten enthalten.

Tabelle 1

Die Daten zeigen das Maß der rückgewonnenen Wärme aus den Schlackenschichten, wobei bei Verwendung der erfindungsgemäßen Kühlkörper mit 45°-Profilierung die Wärmerückgewinnung etwas günstiger ist als mit den Kühlkörpern mit 90°-Profilierung.

Die abgekippten Schlackenstücke wurden mit einer mittleren Temperatur von ca. 900°C in die Vorkammer 16 des Kühlaggregates eingegeben. Das Volumen der Vorkammer 16 betrug etwa 30% des Volumens der Hauptkammer 17. Die Temperzeit betrug ca. 60 min.

Nach Beendigung der Temperung in der Vorkammer 16 wurden die Schlackenkörper in die Hauptkammer 17 überführt und während einer Verweilzeit von 3 h auf 150 bis 300°C abgekühlt. Die verwendete Kühlluft hatte beim Eintritt eine Temperatur von 120°C und beim Austritt eine solche von 750 bis 900°C. Der g-Wert der Schlackenstücke betrug beim Eintritt in die Hauptkammer 17 1,0 W/mK und belief sich beim Austritt auf 1,6 W/mK. Dieser Wert zeigt, daß die Schlackenstücke nach dem Austritt aus der Hauptkammer 17 eine vollkommen kristalline Struktur aufweisen.

Die chemische Analyse der Schlackenstücke nach Verlassen des Kühlaggregates lautete:

38-44% CaO
 6-9% MgO
32-38% SiO₂
 8-14% Al₂O₃
 0,5-3,0% TiO₂
 0,5-2,0% S
 0,1-0,6% FeO
 0,1-1,0% MnO

Die physikalischen Eigenschaften der aufbereiteten Schlacke ermittelt an der Körnung 35-45 mm lauteten:

Rohdichte:1,6-2,4 g/cm³ Schüttdichte:0,7-1,2 g/cm³

Diese Daten zeigen die Eignung der erfindungsgemäß hergestellten Schlackenstücke als Straßenbaustoff.

Insgesamt ergibt sich ein Anteil der Wärmerückgewinnung durch die Kühlkörper 4 und 6 von etwa 20 bis 30% und ein Anteil der Wärmerückgewinnung im Kühlaggregat 16/17 von etwa 70 bis 80%.

Beispiel 2 (Stahlwerksschlacke)

Der Inhalt der Schlackenpfanne 2 lag je nach Füllgrad zwischen 8 und 20 m³ Stahlwerksschlacke. Die mit einer Pyrometermessung ermittelte Temperatur betrug zwischen 1500 und 1550°C.

Die in dem Versuch verwendeten erfindungsgemäßen Kühlkörper 4 und 6 hatten eine Größe von 4 m².

In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die erzielten Daten wiedergegeben worden: 90°-Profilierung

Dicke der aufgebrachten
Schlackenschicht (cm)   8,0 Menge der aufgebrachten
Schlackenschicht (kg) 581 Abkühlzeit (min)  12 abgegebene Wärmemenge an
unteren Kühlkörper
(Leitung) (MJ) 295,9 abgegebene Wärmemenge an
oberen Kühlkörper
(Strahlung) (MJ) 151,9 Außentemperatur der
Schlackenwürfel beim
Abkippen (°C) 675 Kerntemperatur der
Schlackenwürfel beim
Abkippen (°C)1020 Wärmeleitfähigkeit λ
(W/mK) der
Schlackenwürfel außen   1,3 des Kernes--

Der λ-Wert der Schlackenwürfel zeigt, daß diese bereits eine vollkommen kristalline Struktur aufweisen.

Die abgekippten Schlackenstücke mit einer mittleren Temperatur von ca. 1000°C können daher ohne Temperbehandlung die Vorkammer 16 des Kühlaggregates passieren.

Nach Eintritt der Schlackenstücke in die Hauptkammer 17 wurden sie während einer Verweilzeit von 3 h auf 150 bis 300°C abgekühlt. Die verwendete Kühlluft hatte beim Eintritt eine Temperatur von 120°C und beim Austritt eine solche von etwa 750 bis 900°C.

Die chemische Analyse der Schlackenstücke nach Verlassen des Kühlaggregates lautete:

40-55% CaO
 1-5% Al₂O₃
 1-6% MgO
 2-5% MnO
 8-20% SiO₂
 0,05-0,5% S
12-28% Fe_ges

Die physikalischen Eigenschaften der aufbereiteten Schlacke ermittelt an der Körnung 35 bis 45 mm lauteten:

Rohdichte λ _R = 3,0-3,8 g/cm³ Schüttdichte= 1,4-2,1 g/cm³

Diese Daten zeigen die Eignung der erfindungsgemäß hergestellten Schlackenstücke als Straßenbaustoff.

Insgesamt ergibt sich ein Anteil der Wärmerückgewinnung durch die Kühlkörper 4 und 6 von etwa 20 bis 30% und ein Anteil der Wärmerückgewinnung im Kühlaggregat 16/17 von etwa 70 bis 80%.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von Straßenbaustoffen aus metallurgischen Schlacken, wie Hochofen-, Stahlwerks- und Metallhüttenschlacke, unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die flüssige Schlacke auf profilierte von einem Kühlmedium durchströmte Kühlkörper unter Ausbildung einer Schlackenschicht gegossen,
• b) in die noch zähflüssige Schlackenschicht ein weiterer von einem Kühlmedium durchströmter Kühlkörper mit entsprechender Profilierung unter Bildung von Sollbruchstellen eingedrückt und
• c) die erstarrte Schlacke abgekippt und dabei in möglichst viele Schlackenstücke zerbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenstücke zur abschließenden Wärmerückgewinnung von einem gasförmigen Kühlmedium umströmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verarbeitung von Hochofenschlacken die Schlackenschicht zwischen den Kühlkörpern auf eine solche Temperatur abgekühlt wird, daß die vorgeformten Schlackenstücke eine glasige Außenschale mit kristallinen Anteilen und einem flüssigen Kern aufweisen und die vorgeformten Schlackenstücke nach dem Abkippen und Zerbrechen in separate Schlackenstücke und vor dem eventuellen Umströmen mit einem gasförmigen Kühlmedium zur Einstellung einer kristallinen Gesamtstruktur getempert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der flüssigen Schlacke auf den profilierten Kühlkörpern 60 bis 150 mm beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur auf die die Schlackenschicht bis zum Abkippen abgekühlt wird im Bereich von 600 bis 1200°C liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zerbrochenen Schlackenstücke 30 bis 90 Minuten lang getempert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium für die profilierten Kühlkörper vorgewärmtes Kesselspeisewasser und als gasförmiges Kühlmedium für die zerbrochenen Schlackenstücke Luft verwendet wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Anlagenteile

• (A) untere metallische plattenförmige Kühlkörper (4) mit einer Profilierung (5) auf der Oberseite und Anschlüssen (7, 8) für die Zu- und Ableitung eines Kühlmediums,
• (B) obere metallische plattenförmige Kühlkörper (6) mit entsprechender Profilierung (5) auf der Unterseite und Anschlüssen (7, 8) für die Zu- und Ableitung eines Kühlmediums,
• (C) Mittel zum Abgießen einer Schicht (30) flüssiger Schlacke auf die Oberseite der unteren Kühlkörper (4),
• (D) Mittel zum Bewegen der Kühlkörper (4, 6) in eine übereinander angeordnete Position und zur Absenkung des oberen Kühlkörpers (6) auf den unteren (4) oder zur Anhebung des unteren (4) gegenüber dem oberen Kühlkörper (6) und
• (E) Mittel (11) zur Förderung der auf der Oberseite der unteren Kühlkörper (4) liegenden teilweise abgekühlten Schlackenstücke in einen Bunker (12).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere untere Kühlkörper (4) nebeneinander angeordnet sind, mit einer dazwischen angeordneten Verteilerrinne (3) für flüssige Schlacke und daß den unteren Kühlkörpern (4) verfahrbare und absenkbare obere Kühlkörper (6) zugeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (5) der Kühlkörper (4, 6) die Form von Längsrillen hat, deren Flanken (5 a) einen Winkel (α) von 30 bis 90°, insbesondere 45°, einschließen, wobei die Längsrillen im oberen Kühlkörper (6) im Winkel von etwa 90° zu den Längsrillen im unteren Kühlkörper (4) liegen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Bunker (12) Mittel (13, 14, 15) zur Förderung der Schlackenstücke aus dem Bunker (12) in ein Kühlaggregat vorgesehen sind und daß das Kühlaggregat aus einer Vorkammer (16) und einer anschließenden Hauptkammer (17) besteht, die Zu- und Ableitungen (21, 22) für ein Kühlmedium aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (16) mit einer verschließbaren Einlaßöffnung (18) und einer verschließbaren Auslaßschleuse (19) ausgerüstet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkammer (17) eine Auslaßschleuse (20) für die abgekühlten Schlackenstücke aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (25) vorgesehen ist, der mit den Ableitungen (8, 22) der Kühlmedien, der unteren und oberen Kühlkörper (4, 6) und der Hauptkammer (17) des Kühlaggregates verbunden ist.