Einrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen

Abstract

 Bei einer Einrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen, insbesondere Schlackenschmelzen, mit einem Tundish, einer nach Art einer Lavaldüse im Querschnitt zunehmenden Auslaßöffnung (8) für die Schmelze (2) und einem Tauchrohr (4), dessen Unterkante die Auslaßöffnung (8) unter Ausbildung eines Ringspaltes (a) umgreift und einer im Inneren des Tauchrohres (4) angeordneten Lanze (10) für ein Treibfluid ist das Tauchrohr (4) mit einem Antrieb (6) zur drehenden Bewegung um seine Achse verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen, insbesondere Schlackenschmelzen, mit einem Tundish, einer nach Art einer Lavaldüse im Querschnitt zunehmenden Auslaßöffnung für die Schmelze und einem Tauchrohr, dessen Unterkante die Auslaßöffnung unter Ausbildung eines Ringspaltes umgreift und einer im Inneren des Tauchrohres angeordneten Lanze für ein Treibfluid.

[0002] Einrichtungen der eingangs genannten Art können zum Zer-stäuben und Granulieren von Schlacken sowie zum Sprühzerstäuben vom Metallschmelzen eingesetzt werden, wobei besonders kleine Tröpfchengrößen realisiert werden können und gleichzeitig im Falle von Schlacken eine rasche Abkühlung und damit ein Verglasen der Schlacken bewirkt werden kann. Beim Einsatz von Schlackenschmelzen kann ein nachfolgendes Mahlen von feinstkörnig erstarrten und verglasten Partikeln für den Einsatz als hydraulische Bindemittel entbehrlich werden. Das Tauchrohr bildet hierbei ein Unterlauf-Wehr aus, und es kann durch entsprechende Einstellung des Abstandes zwischen der Unterkante des Tauchrohres und dem Rand der Tundishauslaßöffnung eine definierte Schichtstärke eingestellt werden, welche die Dicke des Mantels des rohrförmigen Schmelzestrahles, wie er aus der Auslaßöffnung austritt, definiert. Die Treibfluidlanze kann in bekannter Weise mit Dampftreibgas oder auch Flüssigkeiten betrieben werden, wobei im Falle der Verwendung von Dampf bei entsprechender Geometrie der Auslaßöffnung der Lanze und entsprechendem Druck die Strömungsbedingungen so eingestellt werden können, daß das Treibfluid mit Schallgeschwindigkeit aus der Treiblanzendüse austritt und in der Folge im Bereich der als Lavaldüse ausgebildeten Auslaßöffnung rasch expandiert, wobei in diesem Bereich sogar Überschallgeschwindigkeiten erreicht werden. Aufgrund der in weiten Grenzen veränderlichen Strömungsbedingung kann es hierbei auch zu Druckstößen in einem unterexpandierten Freistrahl kommen, wobei eine optimale Zerkleinerungswirkung naturgemäß nur dann garantiert werden kann, wenn eine homogene Dicke des austretenden Schlackenstrahls im Bereich der Austrittsöffnung gewährleistet werden kann. Aufgrund der raschen Abkühlung wurde bereits vorgeschlagen, den Bereich des Ringspaltes entsprechend zu beheizen, um ein Zuwachsen an der Unterkante und damit eine unregelmäßige Mantelstärke des Schmelzestrahles zu verhindern.

[0003] Um zu verhindern, daß über das Tauchrohr Falschluft eingesaugt wird, wurde bereits vorgeschlagen, das Unterlaufwehr nach Art eines Topfes mit einem Deckel auszubilden, wobei im Bereich der höhenverstellbaren Lanze eine entsprechende Dichtung erforderlich war. Eine Reihe von Schlacken zeichnen sich durch thixotropes Verhalten aus, und Unregelmäßigkeiten im Schlackenzufluß können auf diese Weise zu starken Unregelmäßigkeiten in der Schichtstärke führen.

[0004] Die Erfindung zielt nun darauf ab, bei überaus kleinbauenden Einrichtungen einen entsprechend kleinen Ringspalt einstellen zu können, welcher eine raschere Zerkleinerung und ein rascheres glasartiges Erstarren von Schlacken ermöglicht, wobei gleichzeitig die gewählte Ringspaltbreite exakt eingehalten werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung im wesentlichen darin, daß das Tauchrohr mit einem Antrieb zur drehenden Bewegung um seine Achse verbunden ist. Dadurch, daß das Tauchrohr mit einem Antrieb zur drehenden Bewegung um seine Achse verbunden ist, wird unter Ausnutzung des thixotropen Verhaltens derartiger Schlacke unter Einbringen zusätzlicher Scher- und Schubkräfte im Ringspalt eine signifikante Verflüssigung der Schmelze erzielt, wodurch sich eine feinere Desintegration erzielen läßt. Gleichzeitig wird durch die Rotation des Tauchrohres ein verschleißbedingtes, gleichmäßiges Einschleifen und damit eine konstante Ringspalthöhe gewährleistet, wodurch reproduzierbare Ergebnisse über einen langen Zeitraum erzielt werden können. Gemeinsam mit den axialen Verstellbarkeiten des Tauchrohres zur Einstellung der Spaltbreite des Ringspaltes und der entsprechenden Verstellbarkeit der Treibfluidlanze lassen sich somit die optimalen Verhältnisse für eine rasche und effiziente Desintegration einstellen und in weiten Grenzen optimieren. Dies gilt insbesondere für Ausbildungen, bei denen Treibgas mit Schallgeschwindigkeit aus der Fluidlanze austritt und im divergierenden Lavalbereich der Tundishauslaßöffnung auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt.

[0005] Mit Rücksicht auf die erfindungsgemäß geforderte Rotierbarkeit des Tauchrohres und den Umstand, daß Falschgas bzw. Falschluft lediglich gedrosselt zuströmen soll, um die Zerkleinerungswirkung im Bereich der durch das Treibfluid ausgeübten Scherbeanspruchung der flüssigen Schmelze nicht zu beeinträchtigen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß die Lanze im Inneren des Tauchrohres, insbesondere unter Zwischenschaltung von Labyrinthdichtungen, undicht geführt ist. Eine derartige Labyrinthdichtung erlaubt eine entsprechende Abdichtung des rotierenden Tauchrohres gegenüber der Treibfluidlanze, wobei gleichzeitig mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, daß die Lanze an ihrem der Austrittsdüse für das Treibfluid benachbarten Außenmantel wenigstens einen Leitkörper bzw. Drallkörper aufweist. Mit einer derartigen Ausbildung kann durch die angesaugte Falschluft zusätzlich noch eine Rotationskomponente zur Verbesserung der Zerkleinerungswirkung auf den Schlackenstrahl aufgebracht werden, wobei das über den Drallkörper und die entsprechende Labyrinthdichtung zugeführte Falschgas bzw. die zugeführte Falschluft eine Rotationsbeschleunigung des Falschgases bzw. der Falschluft bewirkt.

[0006] Optimale Verhältnisse und besonders kleinbauende Einrichtungen lassen sich dadurch erzielen, daß die Düsenmündung der Lanze über die Unterkante des Tauchrohres vorragt, wobei mit Vorteil das rotierende Tauchrohr und die Treibfluidlanze höhenverstellbar gelagert sind. Bei Verwendung von Labyrinthdichtungen ist das Ausmaß einer derartigen Höhenverstellbarkeit in engen Grenzen an die jeweilige Höhenverstellung des jeweils anderen Bauteiles gebunden, wobei eine definierte Relativverstellung der Lanze relativ zum rotierenden Tauchrohr auch eine definierte Verstellung der Spaltbreite der Labyrinthdichtung ermöglicht und es auf die Art und Weise erlaubt, die angesaugte Falschgas- bzw. Falschluftmenge zu steuern.

[0007] Mit Vorteil ist die Ausbildung erfindungsgemäß so getroffen, daß der Drehantrieb des Tauchrohres auf Drehgeschwindigkeiten von 3 - 15 min^-1 eingestellt ist.

[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

[0009] In der Zeichnung ist mit 1 der Boden eines Schlackentundish bezeichnet, wobei der Flüssigkeitsspiegel einer flüssigen Schlacke bzw. einer Schmelze 2 mit 3 angedeutet ist. In die Schmelze 2 taucht ein Tauchrohr 4 ein, welches über ein Ritzel 5 mit einem von einem Motor 6 gebildeten Drehantrieb verbunden ist. Durch Rotation des Ritzels 5 im Sinne des Pfeiles 7 wird ein Drehantrieb des Tauchrohres 4 bewirkt. Im Bereich des Ringspaltes a zwischen der Unterkante des Tauchrohres 4 und dem Rand der Auslaßöffnung 8 für die Schlacke werden hierbei durch die langsame Rotation des Tauchrohres 4 Schubkräfte eingebracht, die aufgrund des thixotropen Verhaltens der Schmelze 2 zu einer signifikanten Verflüssigung der Schmelze 2 beitragen, wodurch ein überaus dünnwandiger Strahl über die Öffnung 8 austritt. Die Austrittsöffnung 8 ist hierbei nach Art einer Lavaldüse gestaltet, sodaß bei überkritischer Zuführung eines Fluids ein unterexpandierter Strahl ausgebildet werden kann. Treibfluid wird hierzu über eine Leitung 9 und eine Lanze 10 über eine Düse 11 ausgestoßen, wobei bei entsprechend überkritischen Druckverhältnissen eine Überschallgeschwindigkeit und damit eine hohe Scherbeanspruchung erzielt wird. Prinzipiell kann im Bereich des Ausstoßes des Fluidstrahles ein zusätzlicher Leitapparat angeordnet sein, welcher eine Rückströmung behindert. Einer derartigen Rückströmung von Gasen wirkt aber effizient auch ein Drallkörper 12 an der Außenseite der Treibfluidlanze 10 entgegen. Die Lanze 10 trägt Ringscheiben 13, welche mit entsprechenden Ringnuten bzw. Vorsprüngen 14 an der Innenseite des rotierbar gelagerten Tauchrohres 4 kämmen und auf diese Weise eine Art Labyrinthdichtung ausbilden. Ein in Richtung des Pfeiles 15 angesaugtes Falschgas gelangt auf die Art und Weise gedrosselt über den Drallkörper 12 in den Bereich der Düsenmündung, wodurch gleichzeitig eine Rotationsbeschleunigung erzielt wird und einem Rückströmen von Gas wirkungsvoll begegnet wird.

[0010] Die Schlacke bzw. Schmelze erstarrt bei dieser Ausbildung aufgrund der besonders feinkörnigen Dispersion relativ rasch nach dem Austritt aus der Schlackenaustrittsöffnung 8, sodaß mit besonders kleinbauenden Einrichtungen das Auslangen gefunden werden kann. Besonders vorteilhafte Verhältnisse lassen sich dadurch erzielen, daß Treibgas im Druckbereich zwischen 2 und 30 bar bei Temperaturen zwischen 20° und 1300° C über die Lanze 10 zugeführt wird, und das Tauchrohr 4 mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 15 min^-1 in Rotation versetzt wird. Durch die gleichmäßige Rotation und die auf diese Weise erzielte Verflüssigung der Schmelze im Bereich des Ringspaltes a kann einen konstante Ringspalthöhe über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, wodurch die entsprechenden Desintegrationsbedingungen über einen langen Zeitraum konstant gehalten werden können.

Ansprüche

1. Einrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen, insbesondere Schlackenschmelzen, mit einem Tundish, einer nach Art einer Lavaldüse im Querschnitt zunehmenden Auslaßöffnung für die Schmelze und einem Tauchrohr, dessen Unterkante die Auslaßöffnung unter Ausbildung eines Ringspaltes umgreift und einer im Inneren des Tauchrohres angeordneten Lanze für ein Treibfluid, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (4) mit einem Antrieb (6) zur drehenden Bewegung um seine Achse verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (10) im Inneren des Tauchrohres (4), insbesondere unter Zwischenschaltung von Labyrinthdichtungen (13, 14), undicht geführt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (10) an ihrem der Austrittsdüse (11) für das Treibfluid benachbarten Außenmantel wenigstens einen Leitkörper (12) bzw. Drallkörper aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenmündung (11) der Lanze (10) über die Unterkante des Tauchrohres (4) vorragt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Tauchrohr (4) und die Treibfluidlanze (10) höhenverstellbar gelagert sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (6) des Tauchrohres (4) auf Drehgeschwindigkeiten von 3 - 15 min^-1 eingestellt ist.

Zeichnung