Projekt 11524/01

Drehteller-Granulation von Gie├čereischlacken

Projekttr├Ąger

Mineralm├╝hle Leun, Rau GmbH & Co. KG
Braunfelser Str. 8 - 12
35638 LeunZielsetzung und Anlass des Vorhabens In Eisengie├čereien fallen j├Ąhrlich ca. 200 000 t Schlacken als Abfallprodukt an. F├╝r diese geringen Mengen lohnen sich in den einzelnen Betrieben keine Aufbereitungsanlagen. Die Schlacke wird auf Halden entsorgt und dort evtl. energie-, kosten-, staub- sowie l├Ąrmintensiv mechanisch zerkleinert, um als Beimengungen f├╝r nat├╝rliche Minerale bzw. in der Baustoffindustrie Verwendung zu finden. Innerhalb dieses Projektes ist eine Anlage f├╝r ein diskontinuierliches Verfahren, das direkt in den einzelnen Gie├čereien angewendet werden kann, zum ├Âkonomischen Zerkleinern der fl├╝ssigen Schlacke unter Vermeidung aufwendiger Proze├čstufen zu entwickeln. Es soll bei den Versuchen im Hinblick auf die sp├Ątere Verwendung ein Teilchengr├Â├čenspektrum in einem Durchmesserbereich von < 3 mm angestrebt werden. Denkbare Verwendungen der durch Drehteller-Trockengranulation gewonnenen sph├Ąrischen Teilchen sind Freistrahlmittel, harzgebundene F├╝llstoffe und Gleitmittel f├╝r das Strangpressen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Forschungsarbeiten wurden vom Fraunhofer-Institut f├╝r Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM), Dresden, durchgef├╝hrt. Es war eine Laboranlage zum Verd├╝sen (Granulieren) von Kupolofenschlacken direkt aus dem schmelzfl├╝ssigen Zustand zu entwickeln, zu konstruieren und zu bauen. Dabei sollte zum Erhitzen der Schlacke ein Schmelztiegel mit induktiver Heizung entstehen. Die Zerst├Ąubung des Schmelzstrahles in kugelige Teilchen geschieht mittels Zentrifugalkraft auf einer rotierenden, horizontal angeordneten metallischen Scheibe. Der Einfluss der technologischen Parameter, wie z. B. Gie├čtemperatur, Drehzahl des Granuliertellers und Massefluss der Schmelze auf die Partikelbildung und -Geometrie war zu untersuchen. Da die Temperatur und die Viskosit├Ąt der Schlacke eine entscheidende Rolle daf├╝r spielen, mu├čte eine Variation der Schlackenzusammensetzung in engen Grenzen, z. B. durch Zugabe von Kalk oder Sand, mit betrachtet werden. Die entstehenden kugeligen Teilchen waren auf ihren m├Âglichen glasigen oder amorphen Zustand und auf ihre Porosit├Ąt zu untersuchen. Gleichzeitig waren Anwendungsfelder f├╝r die Partikel zu erschlie├čen. Die ersten Gedanken f├╝hrten auf Freistrahlmittel f├╝r die Oberfl├Ąchenveredlung (Shot-peening-Verfahren), auf das Ersetzen von Glasperlen bei harzgebundenen F├╝llstoffen und auf den Gleitmittel-Einsatz als Stranggusspulver (Wollastonit-Ersatz). Ergebnisse und Diskussion Innerhalb des Vorhabens ist eine Anlage zum Granulieren bzw. Verd├╝sen von fl├╝ssiger Schlacke mittels Drehteller zu sph├Ąrischen Partikeln erstellt worden. Diese Anlage hat die erwarteten Forderungen erf├╝llt. Aus den Ergebnissen hat sich ergeben, dass es m├Âglich ist, fl├╝ssige Schlacke mit einem Drehteller zu verd├╝sen. Dabei k├Ânnen die Betriebsparameter so eingestellt werden, dass ein Anfall der unerw├╝nschten Fasern und Wolle fast v├Âllig vermieden wird. Gleichzeitig sind die gr├Â├čten Bruchst├╝cke bzw. entstandenen Produkte nur ca. 10 mm im Durchmesser, so dass damit ein g├╝nstiges Weiterverarbeiten (z. B. zus├Ątzliches energiearmes Aufmahlen ohne vorheriges l├Ąrmintensives Aufbrechen wie bei st├╝ckig erstarrter Schlacke) m├Âglich wird. Die wesentlichen Parameter des Verd├╝sprozesses k├Ânnen so gestaltet werden, dass eine optimale Ausbeute garantiert wird. Maximal sind bisher bei der Kupolofenschlacke im gew├╝nschten Bereich zwischen 1,4 und 4 mm Durchmesser der K├╝gelchen Ausbeuten von 45 % erreicht worden. Diese Ausbeute stellt die verwendungsf├Ąhige Masse der eingesetzten Schlacke entsprechend der aufgestellten Forderungen (Kugelgr├Â├čen ca. 1 bis 4 mm im Durchmesser) dar, was f├╝r eine sehr gute Startphase der Versuche an der Verd├╝sanlage spricht. Dabei ist der Faseranteil mit 2,4 % akzeptabel, aber noch verbesserungsbed├╝rftig. Mit dem bisherigen Projektergebnissen kann gesagt werden, dass es bei einer verh├Ąltnism├Ą├čig niedrigen Schlackentemperatur von 1550 bis 1600 C m├Âglich ist, die Schlacke vorrangig zu kugeligen Teilchen im Bereich von 1,4 bis 4 mm zu verd├╝sen. Diese Schlackentemperatur liegt nur wenig ├╝ber der Abgusstemperatur bei Kupol├Âfen von 1530 OC, so dass nur ein geringf├╝giges oder gar kein Aufheizen in dem f├╝r den Verd├╝svorgang ausgelegten Zwischengef├Ą├č n├Âtig sein wird. Die momentane Ausbeute von ca. 50 % scheint derzeit f├╝r eine ├Âkonomische industrielle Nutzung noch zu gering zu sein, wobei aber durch l├Ąngere Flugbahnen der entstandenen Teilchen und durch eine optimierte Drehtellergeometrie dieser Wert wesentlich gesteigert und somit f├╝r die Industrie attraktiv gestaltet werden k├Ânnte. Die physikalischen Eigenschaften wie Druckbelastung und H├Ąrte zeigen bei den entstandenen K├╝gelchen aus der Kupolo-fenschlacke ausgezeichnete Ergebnisse, mit denen in entsprechenden Anwendungsf├Ąllen die Glas- und Basaltkugeln jederzeit ersetzt werden k├Ânnen. Bemerkenswert ist dabei, dass die Schlackenzusammensetzung eine wesentliche Rolle bei den Ergebnissen der Druckbelastung spielt. Hier bietet sich noch ein weites Forschungsfeld in Bezug auf verschiedene Materialzugaben an. Selbst bei einer Ausbeute nahe 100 % ist durch nachfolgende Klassier- und Sortierprozesse der Gutanteauszulesen, was schon Stand der Technik ist und z. B. von der Glaskugelherstellung problemlos ├╝bernommen werden k├Ânnte. Ein Abtrennen der kugeligen Teilchen mittels rotierender Glasscheibe hat sich im Laborma├čstab schon bew├Ąhrt. ├ľffentlichkeitsarbeit und Pr├Ąsentation Erste Kontakte zu Anwendern sind mit der ├ťbergabe von Probenmaterial hergestellt worden. Die Einsatzergebnisse m├╝ssen noch abgewartet werden. Neben diesem gezielten Ansprechen von Partnern sind bzw. werden die Ergebnisse des gef├Ârderten Vorhabens auf mehreren Veranstaltungen vorgestellt. - Vorstellung auf dem Industrietag des Fraunhofer-Institutes f├╝r angewandte Materialforschung in Dresden am 29. 04. 99 - Vorstellung auf der Hannover-Messe 19. - 24. 04. 99 - Vorstellung auf der Hannover-Messe 20. - 25. 03. 00 - Vorstellung auf der Materialica in M├╝nchen 27. - 30. 09 99 - Weitere Ver├Âffentlichungen sind in den beiden nachfolgend erw├Ąhnten Zeitschriften in K├╝rze geplant: Technische Rundschau und Zuliefermarkt Fazit Die vorgestellten Ergebnisse des von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gef├Ârderten Projektes zeigen, dass es m├Âglich ist, Kupolofenschlacken aus Eisengie├čereien auf einer innerhalb dieses Projektes konstruierten und gebauten Anlage mittels rotierenden metallischen Drehtellers zu kugeligen Teilchen zu verd├╝sen. Die Tagesleistung (3-Schicht-Rhythmus) w├╝rde, abgeleitet aus den momentanen Versuchsergebnissen, beim Betrieb einer Anlage bis zu 5 t zu verd├╝sender Schlacke betragen. Der Gutanteil der Ausbeute f├╝r die interessierende Fraktion mit einem Durchmesserbereich der Partikel von 1,4 bis 4 mm liegt nach den Resultaten dieses Vorhabens bei 50 %. Dieser Wert mu├č aber durch zus├Ątzliche Versuchsserien und Entwicklungsarbeiten noch gesteigert werden. Die noch anfallenden Ausschusspartikel k├Ânnen im Gegensatz zum jetzigen Aufbrechen der st├╝ckig erstarrten Schlacke Energie schonend weiter aufgemahlen werden, da nur maximal 10 bis 15 mm im Durchmesser gro├če Teilchen entstehen. Auch ein Verkippen auf Deponien w├Ąre keinesfalls mehr n├Âtig, da f├╝r die gebildeten Partikel jederzeit ein Einsatz als Zuschlagstoff m├Âglich ist. Die mit dem metallischen Drehteller hergestellten kugeligen Partikel weisen infolge der Schnellerstarrungseffekte (feines homogenes Gef├╝ge) ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf (Druckbelastung und H├Ąrte), die von Glas und Basalt sogar teilweise ├╝bertreffen. Ein Einsatz der verd├╝sten K├╝gelchen aus Kupolofenschlacke kann vorerst in Bereichen, wo Druckbelastungen auftreten (z. B. harzgebundene F├╝llstoffe in druckbelasteten Bauteilen, Bohrlochverf├╝llungen) erwartet werden. Weitere Anwendungsgebiete erfordern noch detaillierte Untersuchungen. Die angef├╝hrten Probleme sollten in einem Folgeprojekt bearbeitet werden. Dabei m├╝ssen industrielle Anwendungen in starkem Umfang einbezogen werden.

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Telefon

06442/7074

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Bundesland

Hessen

F├Ârdersumme

84.943,99 ÔéČ

F├Ârderzeitraum

01.09.1997 - 14.08.2000