Modellierung des instationären Wärmeverlusts von Schlackenpartikel im Freeboardbereich einer Trockenschlackengranulationstechnologie

Abstract

The most common way to handle liquid blast furnace slag (BFS) up to 1500°C is the so-called wet granulation. By quenching the initially liquid BFS with water, a glassy slag sand is produced, which has a high proportion of amorphous structures and is due to its reactivity suitable as a substitute for cement clinker. The disadvantage of this method is that the large amounts of energy in the BFS were lost unused to the environment. An alternative method for recovering this energy from the liquid BFS, while maintaining the product properties of the slag sand, is the dry slag granulation (DSG). Currently the company Primetals Technologies Austria GmbH is testing a pilot plant for the DSG} in the Voest Alpine Stahl Linz. In order to be able to guarantee the quality of the slag sand and to determine the recoverable energy from the BFS under changeable input parameters (plant geometry, slag mass flow, air volume flow etc.), the cooling behavior of the dry granulated slag particles must be precisely analyzed. In this thesis, for the so-called freeboard of this plant more detailed thermotechnical calculation models of individual slag particles have to be created under the usage of the spreadsheet software Microsoft Excel, as those which were already made by the company Primetals. When investigating the transient heat conduction of the slag particles, all heat transport processes (heat conduction, heat convection and heat radiation) must be taken into account.

Das derzeit gängigste Verfahren zur Weiterbehandlung von flüssiger, bis zu 1500°C heißer, Hochofenschlacke (HOS) ist die sogenannte Nassgranulation. Hier wird durch abschrecken, der anfangs flüssigen HOS mit Wasser, ein glasiger Hüttensand erzeugt, der einen hohen Anteil an amorphen Strukturen aufweist und sich aufgrund seiner Reaktivität als Substitut von Zementklinker eignet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass dabei die großen Mengen an Energie in der HOS ungenutzt an die Umgebung verloren gehen. Ein alternatives Verfahren zur Rückgewinnung dieser Energie aus der flüssigen HOS, bei gleichbleibenden Produkteigenschaften des aus der Schlacke erzeugten Hüttensands, ist die Trockenschlackengranulation (TSG). Derzeit ertestet die Fa. Primetals Technologies Austria GmbH eine Pilotanlage zur TSG in der Voest Alpine Stahl Linz. Um unter veränderbaren Eingangsparametern (Anlagengeometrie, Schlackenmassenstrom, Luftvolumenstrom usw.) der Trockenschlackengranulationsanlage die Qualität des Hüttensands gewährleisten bzw. die aus der HOS rückgewinnbare Energie bestimmen zu können, muss das Abkühlverhalten der trocken granulierten Schlackenpartikel genauestens analysiert werden. In dieser Arbeit sollen für den sogenannten Freeboard dieser Anlage mit dem Tabellenkalkulationsprogramm Microsoft Excel noch detailliertere wärmetechnische Rechenmodelle von einzelnen Schlackenpartikeln erstellt werden, als die bereits Vorhandenen der Fa. Primetals. Bei der Untersuchung der instationären Wärmeleitung der Schlackenpartikel sind sämtliche Wärmetransportvorgänge (Wärmeleitung, Wärmekonvektion und Wärmestrahlung) zu berücksichtigen.