Metallurgische Einblasanlagen für die Qualitätsoptimierung von Stahlwerksschlacken und das Recycling von Filterstäuben
Henner Hornberg und Lutz Kaiser
1. Einleitung ...507
2. Qualitätsoptimierung von Stahlwerkschlacken ...508
2.1. Verfahren ...508
2.2 Metallurgische Einblasanlage ...509
2.3. Betriebssicherheit ...514
2.4. Einblasprozess ...514
2.5. Betriebsergebnisse ...516
3. Filterstaubrecycling ...516
3.1. Verfahren ...516
3.2. Metallurgische Einblasanlage ...518
3.3. Anlagenausrüstung ...519
4. Zusammenfassung ...521
5. Literatur ...522
1. Einleitung
Metallurgische Einblasanlagen, die nach dem Tauchlanzenverfahren arbeiten, werden mit großem Erfolg in der Stahlindustrie eingesetzt. Das Einblasen pulverförmiger Rea- genzien mit einem Trägergas über eine Feuerfestlanze in Metallschmelzen und flüssige Schlacken ist ein effektives Verfahren mit hohen Wirkungsgraden, einer schnellen Umsetzung der metallurgischen Reaktionen und einer hohen Reproduzierbarkeit bei den metallurgischen Ergebnissen. (Bild 1) Einblasanlagen für die Entschwefelung von Roheisen und die sekundärmetallurgische Stahlbehandlung gehören heute zum Standardequipment in den Stahlwerken.
Der Einsatz von metallurgischen Einblasanlagen in der Stahlindustrie ist jedoch nicht auf die Stahlproduktion begrenzt. Mittlerweile werden Einblasanlagen auch für die Qua- litätsoptimierung von Stahlwerksschlacken und das Recycling von Filterstäuben genutzt.
Voraussetzung für den wirtschaftlichen Erfolg von metallurgischen Einblasanlagen ist eine individuelle, auf den Anwendungsfall zugeschnittene Anlagenplanung.
Prozess-Alternativen
• Mono -Injektion
• Co -Injektion
• Multi -Injektion
t
t t m•
m• m•
A B C
Bild 1: Verfahrensprinzip des Tauchlanzenprozesses
Daher unterscheiden sich Anlagen für die Qualitätsoptimierung von Stahlwerksschla- cken von Anlagen für das Recycling von Filterstäuben hinsichtlich ihrer Anlagenkon- figuration. Anlagenausrüstung und ihrem Technologiekonzept.
2. Qualitätsoptimierung von Stahlwerkschlacken 2.1. Verfahren
Bei der Produktion von Rohstahl im Konverter fallen in Deutschland jährlich etwa drei Millionen Tonnen Schlacke an. Diese Schlacken werden bereits zu neunzig Prozent im Straßenbau, in der Bauwirtschaft und in der Landwirtschaft verwertet [1].
Trotz des hohen Verwertungsanteils ist die Stahlindustrie weiterhin bestrebt, mittels Qualitätsverbesserung neue Einsatzgebiete für diese Schlacken zu erschließen. Ein wich- tiges Qualitätsmerkmal der Schlacken ist deren Raumstabilität. Stahlwerksschlacken enthalten hohe Anteile an freiem Kalk, der mit Feuchte zu Calciumhydroxid reagiert und dabei sein Volumen verändert. Mit einem von ThyssenKrupp Steel Europe und der Forschungsgemeinschaft Eisenhüttenschlacken e.V. entwickelten Verfahren lassen sich die Freikalkgehalte der Schlacken minimieren [1]. Das Einblasen von Quarzsand und Sauerstoff über eine Feuerfestlanze in die flüssige Schlacke bewirkt die Bildung raumstabiler Calciumsilikate. Der Sauerstoff liefert mittels Oxydation von zweiwerti- gem Eisenoxid die prozesstechnisch erforderliche Wärmemenge für die vollständige Lösung des Quarzsands in der Schlacke (Bild 2).
Um die Stahlproduktion nicht zu beeinträchtigen, findet die Behandlung der Schlacken üblicherweise in Schlackenkübeln außerhalb der Stahlwerkshalle statt.
2.2 Metallurgische Einblasanlage
ThyssenKrupp Resource Technologies GmbH hat in einem europäischen Stahlwerk eine metallurgische Einblasanlage für die Qualitätsoptimierung von Schlacken gebaut. (Bild 3).
Wärmeerzeugung flüssige Schlacke Verringerung der Schlackenbasizität Chemische Bindung des freien Kalks
Sauerstoff [O
2] Sand [SiO
2]
O
2+ 2 FeO
2 CaO
Frei+ SiO
22 CaO x SiO
22 CaO
Frei+ Fe
2O
32 CaO x Fe
2O
3Bild 2: Verfahren zur Qualitätsoptimierung von Stahlwerksschlacken
Bild 3: Metallurgische Einblasanlage für die Qualitätsoptimierung von Stahlwerksschlacken
Höchste Anforderung an:
Betriebssicherheit (Einblasen mit O2) Anlagenschutz (Sandinjektion) Einblasrate (bis zu 400 kg/min) Produktqualität (Freier CaO-Anteil < 1%)
Die Behandlung der Schlacken mit Quarzsand und Sauerstoff erfolgt in Kübeln, die bis zu dreißig Tonnen Schlacke enthalten. Maximal vier Tonnen Quarzsand können pro Charge in die Schlacke eingeblasen werden.
Die für eine Kapazität von jährlich 350.000 t Schlacke konzipierte Anlage besteht aus zwei Behandlungsständen, wobei jedem Behandlungsstand eine eigene Einblasanlage zugeordnet ist. (Bild 4)
Metallurgische Einblasanlagen lassen sich in zwei Anlagenbereiche unterteilen. Ein Bereich ist für die Versorgung der Dosierförderer mit Reagenzien zuständig, der andere Bereich für den Einblasprozess. Eine zentrale Druckgasstation versorgt beide Anlagenbereiche mit Arbeitsgasen.
O2
Druckluft Quarzsand
T/P Verfahreinrichtung
Absaughaube
Schlackenkübel Vorratssilo
Dosierförderer Entladestation
Druckgase
Lanzenverfahreinrichtung
Lanzenmagazin
Lanzenmanipulator (automatischer Lanzenwechsel)
Ist auch mit Zwischenförderung zwischen Silo und Dosierförderer realisierbar.
Bild 5: Metallurgische Einblasanlage für die Qualitätsoptimierung von Stahlwerksschlacken Bild 4: Behandlungsstände einer metallurgischen Einblasanlage für die Qualtitätsoptimierung
von Stahlwerksschlacken
Anzahl Behandlungsstände: 2 Anzahl Dosierförderer: 2
Schlackengewicht pro Charge: 20 – 30 Tonnen Anzahl Behandlungen pro Tag: 50
Anlagenkapazität: 350.000 Tonnen
Bei der metallurgischen Einblasanlage für die Qualitätsoptimierung von Schlacken kommen drei Arbeitsgase zum Einsatz: Sauerstoff als Prozessgas, Druckluft für den pneumatischen Transport von Quarzsand innerhalb der Anlage und Stickstoff für die Steuerung der Ventile und das Ein- und Ausfahren der Lanze. (Bild 5)
Der für die Schlackenbehandlung erforderliche Quarzsand wird mit Silofahrzeugen zu der zentralen Entladestation transportiert. Die Entladestation für Quarzsande ist in der Nähe der beiden Vorratssilos angeordnet, um die Förderwege so kurz wie möglich zu halten. Um eine Überfüllung der Silos zu vermeiden, ist der maximal mögliche Füllstand im Silo so eingestellt, dass eine vollständige Entleerung des angeschlossenen Fahrzeugs noch möglich ist. Die Kesselwagenentleerung ist der einzige Arbeitsschritt, der nicht vollautomatisch abläuft (Bild 6).
Bild 6: Anlagenkomponenten für eine metallurgische Einblasanlage zur Qualitätsoptimierung von Stahlwerksschlacken
Für die Lagerung von Quarzsand stehen zwei Vorratssilos zur Verfügung. Zur Gewichts- erfassung der gelagerten Quarzsande sind beide Vorratssilos mit Ultraschallmessungen und Füllstandsonden ausgerüstet.
Der Anlagenbereich für den Einblasprozess besteht aus den beiden Dosierförderern, zwei Lanzenverfahreinrichtungen und einer Station für den automatischen Lanzen- wechsel. Die Dosierförderer sind das Herzstück der metallurgischen Einblasanlagen.
Ihre Technik entscheidet über den wirtschaftlichen Erfolg der metallurgischen Ver- fahren. Voraussetzung für eine wirtschaftliche Schlackenbehandlung ist das pulsati- onsfreie, dosierte Einblasen von Quarzsand. Schwankungen bei den Einblasleistungen würden einen vermehrten Auswurf von Schlacke aus dem Kübel bewirken. Zusätzlich erfordert das Einblasen von Quarzsand in Schlacken eine gezielte und betriebssichere Variation der Quarzsand-Einblasraten während des laufenden Prozesses, da sich die Betriebsbedingungen für die Lösung von Quarzsand in der Schlacke im Verfahrensab- lauf verändern. Für ein pulsationsfreies Einblasen von Quarzsand und eine gezielte
Station für Kesselwagenentleerung
(400 kg/min)
Vorratssilos
(2x 200 m3)
Variation der Einblasleistung während der laufenden Schlackenbehandlung wurden beide Dosierförderer mit einer hochentwickelten Einblastechnik ausgerüstet, die sich aus vier Regelungseinheiten zusammensetzt. (Bild 7) Die Regelungseinheiten beinhalten eine Oberdruckregelung, eine Regelung des Auslaufquerschnitts des Auslaufregelven- tils, eine Regelung der Trägergasleistung und eine Regelung der Auflockerungsgasrate.
Bild 7:
MEPOL Einblastechnik Die Einstellung konstanter Betriebsbedingungen innerhalb der Einblasanlage ist die Grundlage für den dosierten Austrag von Quarzsand aus den Dosierförderern. Dazu müssen die Durchflussraten des Trägergases und des Auflockerungsgases eine hohe Konstanz aufweisen, da Schwankungen bei den Durchflussraten einen unmittelbaren
Oberdruck [bar]
Setpoint Aktueller Wert Einblasleistung [kg/min]
Setpoint Aktueller Wert
Öffnungsgrad Regelventil [%]
Definierte Range (± 10 %) Setpoint Aktueller Wert
Bild 8: Funktionsprinzip MEPOL Einblastechnik
Oberdruckregelung
Auflockerungsgasregelung Auslaufregelventil
Kontrolle Einblasleistung
Transportgas-
regelung zur Lanze
Einfluss auf die Austragsleistung von Quarzsand haben. Mit der kontinuierlichen Regelung der Trägergasleistung und der Auflockerungsgasrate werden konstante Durchflussraten betriebssicher eingestellt. Für einen gleichmäßigen, dosierten Aus- trag von Quarzsand aus den Dosierförderern wird die Quarzsand-Einblasleistung während der gesamten Schlackenbehandlung mittels Gewichtserfassung kontrolliert.
Bei Abweichungen von der vorgegebenen Einblasleistung wird zunächst die Regelung des Auslaufregelventils aktiviert (Bild 8). Mittels automatischer Änderung des Aus- laufquerschnitts erfolgt bei einer Über- oder einer Unterdosierung die Angleichung der Einblasleistung an den Sollwert. Größere Abweichungen vom Sollwert regelt die Oberdruckregelung aus, die auch für eine gezielte Veränderung der Einblasleistung während des laufenden Einblasprozesses eingesetzt wird.
Das Einblasen von Quarzsand in die flüssige Schlacke erfolgt über eine feuerfeste Ein blaslanze, die über eine Lanzenverfahreinrichtung in die Schlacke ein- und ausfährt. Je Behandlungsstand ist eine Lanzenverfahreinrichtung installiert. Da die Ein blaslanze in Kontakt mit der Schlacke abbrennt (Bild 9), sind beide Lanzenverfahreinrichtun- gen mit einer Reservefahrweglänge von 1.000 mm ausgelegt. Mit dieser technischen Lösung wird der schrittweise Lanzenabbrand überbrückt und die Lebensdauer der Einblaslanzen verlängert.
Einblaslanze
(Abbrand)
Bild 9: Einblaslanze für die Qualitätsoptimierung von Stahlwerksschlacken
Für eine verfahrenstechnisch effektive Optimierung der Schlackenqualität muss die Einblaslanze immer die optimale Einblasposition in der Schlacke erreichen. Wegen des schrittweisen Abbrennens der Einblaslanze und infolge unterschiedlicher Schlacken- mengen im Kübel ist der Fahrweg der Einblaslanze in die optimale Einblasposition jedoch nicht konstant. Daher wird für jede Charge die Füllhöhe der Schlacke im Kübel mittels Radarmessung und die aktuelle Lanzenlänge über eine Lichtschranke erfasst.
Anhand der beiden Messungen wird dann der Fahrweg der Lanze für das Erreichen der optimalen Eintauchtiefe bestimmt.
Wegen der begrenzten Lebensdauer der Einblaslanzen erfolgt deren Austausch mit einer automatischen Lanzenwechseleinrichtung, die beide Behandlungsstände bedient.
(Bild 10)
Bild 10:
Lanzenmanipulator für eine metallurgische Einblasanlage zur Qualtitätsoptimierung von Stahl- werksschlacken
2.3. Betriebssicherheit
Die Verwendung von Sauerstoff als Transportgas erfordert eine besondere Ausführung aller im Gasstrom angeordneten Armaturen, Rohrleitungen und Schläuche sowie zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen, die der Brandgefahr zuverlässig entgegenwirken.
Während der Injektion von Quarzsand erfolgt ein kontinuierlicher Abgleich der Drücke im Dosierförderer und in der Förderleitung vorgenommen. Steigt der Druck in der Förderleitung und nähert sich dem Druckniveau im Dosierförderer, dann wird die Ein- blasanlage automatisch abgeschaltet und die Förderleitung mit Stickstoff gespült. Auch bei einem plötzlichen Druckabfall in der Förderleitung schaltet die Einblasanlage ab.
2.4. Einblasprozess
Der Einblasprozess beginnt mit dem Einfahren der Lanze in die optimale Einblaspo- sition innerhalb der flüssigen Schlacke. Mit dem Erreichen der Einblasposition erfolgt automatisch die Umschaltung von Stickstoff auf das Prozessgas Sauerstoff. Zu Beginn der Schlackenbehandlung wird Sauerstoff mit einer erhöhten Rate in die Schlacke eingeblasen, um die Viskosität der Schlacke zu verringern. Nach einer definierten Zeitspanne wird die Sauerstoffrate rampenförmig auf einen empirisch ermittelten Wert zurückgefahren und das kombinierte Einblasen von Quarzsand und Sauerstoff beginnt.
Da die Aufnahmefähigkeit der Schlacke für Quarzsand zu Beginn des Prozesses gering ist, wird die dritte Phase der Schlackenbehandlung zunächst mit einer niedrigen Ein- blasleistung von 100 kg/min betrieben. Im weiteren Prozessverlauf erfolgt dann eine schrittweise Erhöhung der Einblasleistung auf 400 kg/min (Bild 11).
Lanzenmagazin
Kabelzug
Verfahrschiene Manipulator
Bild 11: Ablaufschema Einblasverfahren zur Schlackenbehandlung
Nachdem die von einem mathematischen Modell anhand der Eingangsdaten.
Schlackengewicht, Schlackentemperatur, Basizität und Eisenoxidanteil berechnete Quarzsandmenge eingeblasen wurde, fährt die Lanze aus der Schlacke heraus, der Sauerstoff wird abgeschaltet und die Förderrohrleitung einschließlich der Lanze wird mit Stickstoff gespült.
0 50 100 150 200 250 300 350 400
2 3 4 5 6
7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 Einblasleistung Quarzsand [kg/min]
Einblasdauer [min]
Quarzsand Sauerstoff
3 Nm3/min
O2
Luft
Quarzsand (SiO2)
> 7 bar 15 Nm3/min
> 5 bar 5 Nm3/min
100- 400 kg/min ø. 184 kg/t
Basizität Schlacke = 4 - 5 1,600 - 1,750 °C Fe = 15 - 25 % MgO = 1 - 2 % SiO2 = 8 - 16 Quarzsand:
SiO2 > 90 % Schüttgewicht = 1.5 t/m3
Korngröße = 0 - 2 mm Feuchte < 0.5 %
Basizität = CaO [%] / SiO2 [%]
Ziel-Basizität < 2 Ist Basizität 1.3 Ziel freier-CaO < 1 %
Ist freier-CaO 0.4 % 30 Tonnen
Bild 12: Betriebsdaten und Ergebnisse einer metallurgischen Einblasanlage für die Qualtiätsop- timierung von Stahlwerksschlacken
Üblicherweise läuft jeder Verfahrensschritt des Einblasprozesses nach einem exakt definierten Ablaufprogramm ab. Sollte jedoch eine Schlackenbehandlung mit dem Standardverfahren einmal nicht möglich sein, so kann der Bediener vom Leitstand
aus in den Prozess eingreifen und Verfahrensänderungen einleiten. Jeder einzelne Einblasvorgang wird per Kamera und Monitorsystem überwacht, damit das Bedie- nungspersonal den Einblasprozess vom Leitstand aus überwachen kann.
2.5.Betriebsergebnisse
Mit dem Einblasen von Quarzsand konnten Stahlwerksschlacken mit niedrigsten Freikalkgehalten von < 1 % hergestellt werden. Die Basizitätswerte der Schlacken la- gen nach der Behandlung bei < 2 (Bild 12). Das Ergebnis sind hochwertige Schlacken, die sich z.B. hervorragend für den Einsatz im Straßenbau und für andere technisch anspruchsvolle Anwendungen prädestinieren.
3. Filterstaubrecycling
In Elektrostahlwerken fallen bei der Produktion von niedrig- und mittellegierten Stählen große Mengen zinkhaltiger Stäube an, aus denen z.B. mit dem Wälzprozess Sekundärrohstoffe für die Zinkindustrie hergestellt werden können. Häufig sind die Zinkgehalte im Staub jedoch zu gering für deren wirtschaftliche Verwertung und die Stäube müssen mit einem hohen Kostenaufwand entsorgt werden [2]. Doch auch für die Abnahme von Filterstäuben mit ausreichend hohen Zinkkonzentrationen haben die Stahlwerke Zahlungen zu leisten, wobei die Höhe der Zahlungen an die Zinkkonzentra- tion im Staub und an die Staubmenge gekoppelt ist. Je geringer die Zinkkonzentration und je größer die Staubmenge, desto höher die Kosten.
Daher wurden Verfahren erprobt, mit denen im Stahlwerk eine Erhöhung der Zink- konzentration im Staub bei gleichzeitiger Verringerung der Staubmengen realisiert werden kann [3].
3.1. Verfahren
Ein Verfahren ist die Rückführung der Filterstäube in den Elektroofen mittels Ein- blasens (Bild 13). Dabei werden Filterstäube mit einem Trägergas über ein auf dem Lanzenmanipulator angeordneten Rohr in die Grenzschicht zwischen flüssigem Stahl und Schlacke eingeblasen. Bei den hohen Temperaturen im Stahl reduziert Kohlenstoff Zinkoxid zu elementarem Zink, der bei den hohen Temperaturen im Lichtbogenofen verdampft. (Bild 14) Elementarer, gasförmiger Zink entweicht durch die Schlacke in die Ofenatmosphäre und reagiert mit dem atmosphärischen Sauerstoff unter der Bildung von Zinkoxid. Die zinkhaltigen Stäube vermischen sich mit neu entstehenden Stäuben und werden in die Entstaubung überführt. Die übrigen Bestandteile der Filterstäube wie Eisenoxid und Kalk werden weitestgehend von der Schlacke aufgefangen, die für diese Staubbestandteile wie ein Filter wirkt. Die Rückführung der Stäube in den Elekt- roofen bewirkt somit eine Erhöhung der Zinkkonzentration im Staub bei gleichzeitiger Verringerung der Staubmengen.
Bild 13: Recycling von Filterstäuben
Das Problem:
Große Staubmengen
~ 22 kg/t Stahl
Zink-Konzentration < 20 % Hohe Entsorgungskosten
Das Verfahren:
Einblasen von Filterstäuben über eine Lanze in die Grenzschicht Stahl/
Schlacke Elektrolichtbogenofen
(EAF)
Lanzen- Manipulator
Reduktion von Zinkoxid durch Kohlenstoff zu gasförmigem Zink in der Grenzfläche Stahl/Schlacke.
Oxidation von gasförmigem Zink durch Sauerstoff außerhalb des E-Ofens.
ZnO + C Zn + CO
Zn + O 2 ZnO
Bild 14: Verfahren für das Recycling von Filterstäuben
Bild 15: Einblasanlage für das Recycling von Filterstäuben
Aus wirtschaftlichen Gründen ist eine Rückführung von mindestens hundert Prozent der anfallenden Staubmenge notwendig. Dabei ist verfahrenstechnisch zu berücksich- tigen, dass für das Einblasen der Filterstäube nur eine begrenzte Zeit zur Verfügung steht und zwar jeweils eine kurze Zeitspanne nach dem Schrott-Einschmelzen und während der Feinungsperiode am Ende der Produktionsphase.
3.2. Metallurgische Einblasanlage
Für eine hundertprozentige Rückführung der anfallenden Staubmenge wurde eine Filterstaub-Einblasanlage in einem deutschen Elektrostahlwerk errichtet. Um das Ziel einer hundertprozentigen Staubrückführung zu erreichen, müssen pro Charge 2.500 kg Filterstaub in maximal 12,5 Minuten in den Elektroofen eingeblasen wer- den. Auf der Grundlage dieser verfahrenstechnischen Vorgabe erfolgte die Planung des Anlagenlayouts. In die Planung war das vorhandene Staubsilo zu integrieren (Bild 15). Da die Entfernung zwischen dem Staubsilo und dem Lanzenmanipulator zu groß ist, wurde unterhalb des Staubsilos ein Zwischenförderer installiert. Der Zwi- schenförderer mit einem Volumen von 1,5 m3 arbeitet nach dem gleichen Verfahren- sprinzip wie ein Dosierförderer und transportiert die Stäube pneumatisch zu dem auf der Ofenbühne befindlichen Tagessilo. Das Tagessilo mit einem Volumen von 25 m3 dient der schnellen Befüllung des Dosierförderers und als Vorratspuffer in Betriebs- situationen, in denen zink- und bleihaltige Stäube aus dem Staubsilo in Silofahrzeuge abgezogen werden. Der Dosierförderer mit einem Volumen von 5 m3 ist unterhalb des Tagesbunkers angeordnet und über eine flexible Schlauchleitung mit dem Einblasrohr auf dem Lanzenmanipulator verbunden.
Staub / Kohle
Kohlen- Stoff Kohlen-
Stoff Filter-
Staub
Zwischen- förderer
Einblas- förderer
Zum Filter- staub Silo
Die Funktionsweise der Anlage ist teilautomatisiert. Automatisiert sind der Filter- staubaustrag aus der Filteranlage in das Vorratssilo, das Füllen des Zwischenförderers und der pneumatische Transport der Filterstäube zum Tagessilo. Dagegen werden die Befüllung des Dosierförderers und das Staubeinblasen in den Lichtbogenofen vom Bediener im Leitstand gesteuert. Der Bediener ist für die Positionierung des Einblas- rohrs in der Grenzfläche zwischen Stahl und Schlacke zuständig. Da das Rohr während des Eintauchens in den Grenzbereich Stahl/Schlacke abbrennt, muss es vom Bediener während der Staubinjektion nachjustiert werden. Dies geschieht vom Leitstand aus und erfordert kein zusätzliches Personal.
Das Einblasen der Filterstäube in den Lichtbogenofen stellt keine erhöhten Anfor- derungen an die Einblastechnik. Eine Änderung der Einblasleistungen während der laufenden Staubinjektion ist verfahrenstechnisch nicht erforderlich. Zudem haben geringfügige Schwankungen bei den Einblasleistungen keinen nachweisbaren Einfluss auf das metallurgische Ergebnis. Daher ist der Dosierförderer mit einer einfachen Einblastechnik ausgerüstet worden, bestehend aus einer feststehenden Auslaufdüse mit konstantem Durchmesser und einer sogenannten Oberdruckregelung. Mit dieser Oberdruckregelung erfolgt die Einstellung der Einblasleistung ausschließlich über das Druckniveau im Dosierförderer. (Bild 16) Anlagentechnisch sind keine zusätzlichen Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, da sowohl der pneumatischer Transport der Filterstäube als auch das Einblasen mit Druckluft als Trägergas betrieben wird.
0 1 2 3 4 5 6
0 50 100 150 200 250
Oberdruck im Dosierförderer bar
Einblasleistung kg/min
Bild 16: Oberdruckregelung für den Dosierförderer einer Filterstaub-Recyclinganlage
3.3. Anlagenausrüstung:
Entscheidend für den wirtschaftlichen Erfolg von Filterstaub- Einblasanlagen ist eine auf die Eigenschaften der Filterstäube abgestimmte Ausrüstung der einzelnen Anlagenkomponenten. Filterstäube haben Eigenschaften, die deren pneumatischen
Transport beeinträchtigen und einen wirtschaftlichen Dauerbetrieb von Filterstaub – Recyclinganlagen gefährden. Aufgrund ihrer sehr feinen Körnung weisen Filterstäube ein kritisches Belüftungsverhalten auf. In Kontakt mit Feuchte bilden Filterstäube Agglomerate und Brücken, die mit erheblichem Aufwand zerstört werden müssen.
Filterstäube haben beim Austrag aus dem Filter eine hohe Temperatur und kühlen beim Eintrag in die Filterstaub–Recyclinganlage ab. Dabei kann in allen Anlagenbereichen Feuchte aus dem Staub austreten und ein Agglomerieren der Filterstäube verursachen.
Auch die chemische Zusammensetzung der Filterstäube verändert sich ständig und damit einhergehend verändern sich ihre Eigenschaften für die pneumatische Förderung.
Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass Filterstäube Bestandteile enthalten, die einen vermehrten Anlagenverschleiß bewirken können.
Deshalb sind Zwischenförderer und Dosierförderer mit einem speziellen Auflocke- rungssystem ausgerüstet worden, das einen störungsfreien Austrag der Filterstäube aus den Förderern gewährleistet. (Bild 17) Zur Minimierung des Feuchteeintrags in die Anlage kommen ausschließlich trockene Gase zum Einsatz. Zur Minimierung des Feuchteaustritts aus Filterstäuben wurde z.B. der Dosierförderer isoliert und mit einer Heizung ausgerüstet, die insbesondere in der kalten Jahreszeit aktiviert wird. (Bild 18)
Äußerer Konus NW 400
Innerer Konus NW 400 156 Düsen zur Fluidisierung
Bild 17:
Dosierförderer für Filterstaub- Recyclinganlagen
Zusätzlich wurden innerhalb des Staubsilos sogenannte Big Blaster installiert, um Staubbrücken und Staubagglomerate zu zerstören. Für den Verschleißschutz wurden an kritischen Stellen verschleißgeschützte Bauteile und Armaturen eingesetzt, z.B.
MEFLEX-Schläuche an den besonders verschleißgefährdeten Rohrbögen.
Betriebsergebnisse: seit dem Einbau der genannten Ausrüstungen in die Filterstaub–
Einblasanlage erfolgt die Rückführung der Filterstäube in den Elektroofen im Dauer- betrieb. Seit mehreren Jahren werden hundert Prozent der anfallenden Filterstäube be- triebssicher recycelt. Mit einer Einblasleistung von 200 kg/min werden im Mittel 2.500 kg
Staub/Charge in den Ofen zurückgeführt.
Dadurch konnte die anfallende Staub- menge von 22 kg/t Stahl auf 11 kg/t Stahl reduziert und zugleich die Zinkkonzent- ration im Staub von 20 % auf 32 % erhöht werden. Das durchschnittliche Einsparpo- tential bei den Entsorgungskosten beträgt 54 %. (Bild 19)
Hoch verschleißfester MEFLEX - Schlauch
Beheizter und isolierter Dosierförderer
Bild 18: Anlagenkomponenten für Filter- staub-Recyclinganlagen
Bild 19: Betriebsergebnisse Filterstaubrecycling
4. Zusammenfassung
Metallurgische Einblasanlagen haben ihre Eignung für die Qualitätsoptimierung von Stahlwerksschlacken und das Recycling von Filterstäuben nachgewiesen. Sie unter- stützen die Verwertung von Reststoffen, die bei der Herstellung von Stahl anfallen
und verringern die Entsorgungskosten. Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz dieser Anlagen ist die individuelle, auf den Anwendungsfall zugeschnittene Planung der Anlagenkonfiguration, der Ausrüstung der Anlagenkomponenten und die Auswahl der geeigneten Einblastechnik.
Durch die Weiterentwicklung der Einblastechnik in Richtung dynamische Einblas- prozesse sind Einblasanlagen heute auch für komplexere metallurgische Verfahren einsetzbar.
5. Literatur
[1] Geiseler, J; Drissen, P.; Kuehn, M.; Schrey, H. Liquid slag treatment guarantees high product quality of steel slags International Symposium of the utilization of metallurgical slag (ISUS 99), November 16-19 1999, Beijing, China
[2] Drissen, P; Kuehn, M; Heinen, K-H.; Jung, H-P.; Steffes, B; Jensen, J; Rasmussen, E Economical and ecological dust recycling by melt injection 5th European electric steel congress, June 19-23, Paris, France
[3] Drissen, P; Jung, H-P; Kuehn, M. Sustainable EAF steelmaking by internal recycling of dust and ladle slag Steel Gips 3 (2005) No. 4
Die Deutsche Bibliothek – CIP-Einheitsaufnahme Aschen • Schlacken • Stäube
– aus Abfallverbrennung und Metallurgie – Karl J. Thomé-Kozmiensky.
– Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2013 ISBN 978-3-935317-99-3
ISBN 978-3-935317-99-3 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky
Copyright: Professor Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky Alle Rechte vorbehalten
Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2013
Redaktion und Lektorat: Professor Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky, Dr.-Ing. Stephanie Thiel, M.Sc. Elisabeth Thomé-Kozmiensky
Erfassung und Layout: Ginette Teske, Ina Böhme, Petra Dittmann, Cordula Müller, Fabian Thiel, Martin Schubert
Druck: Mediengruppe Universal Grafische Betriebe München GmbH, München Foto auf dem Buchdeckel: Dipl.-Ing. Daniel Böni, KEZO Kehrichtverwertung Zürcher Oberland
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