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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Zementklinker, insbesondere Portlandzementklinker, durch rasches Sintern von vorerhitzte, körnigem Rohmehlgranulat, wobei die die Sinterzone verlassenden, heissen Gase zum Vorerhitzen des zu sinternden Gutes verwendet und im Gegenstrom durch das letztere geführt werden.
Für die wirtschaftliche Erzeugung von Zementklinker ist der Energieaufwand beim Brennen des Zementklinkers von beträchtlicher Bedeutung. Beim Erhitzen des Rohmehls auf Temperaturen bis zu etwa 100 C entweicht das Wasser. Im Temperaturbereich zwischen etwa 100 und 2500C wird das in Tonmineralen adsorptiv gebundene Wasser ausgetrieben und beim weiteren Erhitzen entweicht auch das in Form von Hydroxylgruppen im
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in CaO und CO. Dieser, im allgemeinen mit"Entsäuerung"bezeichnete Vorgang verläuft bei Temperaturen oberhalb 9000C sehr schnell, da bei dieser Temperatur der Dissoziationsdruck des CaCOg den Atmosphärendruck erreicht.
Bei der Entwässerung und Zersetzung der Tonminerale sowie bei der Dissoziation von Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat wird Wärme verbraucht (exotherme Reaktion) während bei der Bildung von Klinkerphasen aus CaO und den Zersetzungsprodukten der Tonkomponente Wärme frei wird (Exotherme Reaktion). Um den Energieaufwand beim Brennen von Zementklinker zu senken, ist es daher zweckmässig, die bei der Bildung des Klinkers in der Sinterzone entstehenden Abgase zur Vorwärmung des Rohmehls und somit zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades beim Brennprozess heranzuziehen.
Bei den üblichen Schachtöfen wird das mit Koks oder Magerkohle gemischte Rohmehl in Form vonGranalien an der Oberseite des Ofens aufgegeben. Die Sinterzone liegt hiebei im oberen Bereich des Schachtofens und der fertig gebrannte Klinker gibt unterhalb der Sinterzone seine Wärme an die Verbrennungsluft ab. Bei diesen herkömmlichen Schachtöfen ist wegen der teilweise unvollständigen Verbrennung somit eine wirksame Ausnutzung der beim Sintervorgang entstehenden Abgase nicht möglich (CO-Bildung).
Bei den bekanntenDrehöfen füllt das Brenngut nur einen kleinen Teil des Ofenquerschnittes aus, so dass die Abgase über das Brenngut hinwegströmen und dieses vorwiegend durch Strahlung erwärmen. Aus diesem Grunde eignet sich der Drehofen in erster Linie zum Erhitzen des Klinkers auf Sintertemperatur und weniger gut zum Vorwärmen des Brenngutes im Bereich niedriger Temperaturen bis etwa 1200 C, wo die Wärmeübetragung durch Konvektion überwiegt. Zur Beseitigung dieses Nachteiles ist es bereits bekanntgeworden, das Erhitzen des Rohmehls in zwei räumlich voneinander getrennten Vorrichtungen, einer Vorwärmevorrichtung und der eigentlichen Sintervorrichtung, vorzunehmen. Der bekannteste Drehrohrofen mit getrennter Vorwärmevorrichtung für granuliertes Rohmehl ist unter dem Namen"Lepolofen"eingeführt.
Dieser Drehrohrofen ist von mittlerer Länge und weist einen Wanderrost mit entsprechendem Gehäuse als Wärmetauscher auf. Die Abgase aus dem Drehrohrofen werden durch die auf dem Wanderrost liegende, etwa 160 bis 200 mm dicke Granulatschicht im Querstrom durchgesaugt, u. zw. in derRegel durch doppelte Gasführung, zweimal hintereinander, um den Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und der Granulatschicht zu verbessern. Bei einem andern, im Prinzip ähnlichen Verfahren wird statt der doppelten Gasführung die Granulat- schicht vor Überführung in den Drehofen horizontal geteilt und die untere Schicht zurückgeführt und wieder als Oberschicht auf den Wanderrost gebracht. Bei Drehrohröfen, die mit losem Rohmehl beschickt werden, sind als getrennte Vorwärmevorrichtungen mehrstufige Zyklonsysteme (Schwebegaswärmetauscher) allgemein bekannt.
Trotz des erheblichen technischen Aufwandes wird bei den bekannten Verfahren beim Wärmeaustausch im Querstrom nur eine teilweise Entsäuerung des Rohmehlgranulats bis zu etwa 250/0 erreicht. Die weitere Wärme-
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dingten grossen Abmessungen desWärmeaustauschergehäuses mit den zugehörigen Hilfsaggregaten und des nachgeordneten Drehrohrofens mit Klinkerkl1h1er sind bei diesen bekannten Verfahren die Wärmeverluste durch Strahlung und Leitung erheblich, sie betragen etwa 1/4 desGesamtwärmeaufwandes von 800 bis 850 kcal/kg Klinker.
Auch die spezifische Leistung, bezogen denRauminhaltdes Drehrohrofens, ist mit etwa 1, 4 bis 2,0 t/m/Tag Klinker verhältnismässig gering.
Schliesslich ist noch ein Zementbrennverfahren, bevorzugt für gesinterten Tonerdezement (Calciumalumi-
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den vollständigen Entzug der Kohlensäure ermöglicht. Die Dauer des Sintervorganges, bevorzugt in einem ro- tienden Herdofen bei 1370 bzw. 1430 C, wird mit 2 - 10 min angegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, das eine beträchtliche Verkürzung der Dauer des Sintervorganges gestattet.
Hiezu ist gemäss der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass zwecks Verkürzung der Dauer des Sintervorganges das zu sinternde Gut durch Vorerhitzen auf eine Temperatur von mindestens 900 bis 10000C nahezu vollständig entsäuert und sodann in an sich bekannter Weise im Wirbelzustand in einem senkrechtaufsteigenden Heissgsstrom mitetwa 1600 C Gastemperatur eingebracht und in Bruchteilen von 1 min gesintert wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht somit eine beträchtliche Verkürzung der Dauer des Sintervor-
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ganges, nämlich auf Bruchteile einer Minute. Das erfindungsgemässe Verfahren ist damit bereits hinsichtlich Dauer des Sintervorganges dem bekannten Verfahren weit überlegen. Diese wesentliche Verkürzung des Sintervorganges wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Rohmischung - im Gegensatz zu dem bekannten
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der ein nahezu vollständiger Entzug von Kohlensäure stattfindet. Das solcherart vorerhitzte Gut wird sodann im Wirbelzustand gesintert, wobei die Sintertemperatur wesentlich höher als bei dem bekannten Verfahren ist, nämlich etwa 16000C beträgt.
Die schnelle Sinterung in Bruchteilen einer Minute wird erst dadurch möglich, dass das Granulat frei von unzersetztem Carbonat ist, also keine wärmeverbrauchende Zersetzungsreaktionnotwendig ist.
Überdies wird der Gesamtwärmeaufwand für die Klinkerbildung nach dem erfindungsgemässen Verfahren
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gesenkt.vorgeschaltetem Wanderrost als Wärmetauscher (Lepolofen).
Ein weiterer, fortschrittlicher Effekt wird nach der Erfindung dadurch erzielt, dass der Klinker in loser, feinkörniger Schüttung anfällt. Durch seine Beschaffenheit wird bei vergleichsweise gleichen Betriebsbedingungen beim Mahlen des Klinkers zu Zement der Energieaufwand geringer sein als beim Mahlen von gemischtkörnigem und stückigem Klinker herkömmlicher Art, der in der Regel vor dem Mahlen noch gebrochen werden
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In Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist vorgesehen, dass das heisse Gas die Sinterzone der Sintervorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 50 m/sec durchströmt,
Durch diese Geschwindigkeit wird das Brenngut ausreichend im Schwebezustand gehalten, Es versteht sich, dass wenn das Brenngut in loser, feinkörniger Form aus der Vorwärmezone austritt, der Schwebezustand auf relativ einfache Weise gewährleistet und die Wärmeübertragung verbessert wird. Somit kann auch der Sintervorgang in noch kürzerer Zeit beendet werden,
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt, näher beschrieben.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist einen im wesentlichen vertikalen Schacht --1-- als Sinterzone auf. Am unteren Ende des Schachtes --1-- ist eine Brennkammer --2-- mit Ölfeuerung --3-- vorgesehen, Unmittelbar oberhalb der Brennkammer --2-- weist der Schacht --1-- eine Einschnürung --4-- auf.
Unterhalb der Brennkammer --2-- ist ein Gegenstrom-Klinkerkühler --5-- angeordnet, der eine automatische Schleuse --6-- zum Entleeren des in loser Schüttung anfallenden Zementklinkers aufweist, Die Primärluft wird gemäss den Pfeilen --8-- von einem nicht näher dargestellten Gebläse über die Düsen der Ölfeuerung--3--zu- geführt. Die Verbrennungsluft (Sekundärluft) von einem gleichfalls nicht näher dargestellten Gebläse wird im Sinne des Pfeiles --9-- über einen Stutzen --7-- an der Oberseite des Gegenstrom-Klinkerkühlers --5-- zugeführt. Der Weg der Verbrennungsluft durch den Gegenstrom-Klinkerkühler --5-- ist in der Zeichnung mit strich- punktierten Linien dargestellt.
Der im wesentlichen vertikale Schacht--l-ist an seinem oberen Ende--10-nach oben zu leicht konisch erweitert und mit einem koaxialen Abgasstutzen --11-- verbunden, an dem ein Abzweigstutzen --12-- angeschlossen ist. Der in Verlängerung des koaxialen Abgasstutzens --11-- angeordneten Anschluss --13-- des Ab- zweigstutzens --12-- ist mit einem Schornstein --14-- verbunden, in dem eine Drosselklappe --15-- vorgesehen ist.
Der mit dem koaxialen Abgasstutzen --11-- des Schachtes --1-- einen etwa rechten Winkel einschliessende Anschluss --16-- des Abzweigstutzens --12-- mUndet in eine ringförmige Kammer --17--, die einen die Vorwärmezone bildenden Wärmetauscher --18-- umgibt,
Der Wärmetauscher --18-- ist etwa lotrecht angeordnet und besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Mantel-19-, dessen unterer Abschnitt --20-- sich in Form eines Kegelstumpfes nach unten zu konisch
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Mantel --19-- bzw,ein. An der Oberseite des zylindrischen Mantels --19-- ist ein Absaugstutzen --23-- vorgesehen, der über eine Leitung - -24-- mit einem Absauggebläse - -25-- verbunden ist, dessen Druckstutzen --26-- an eine Leitung --27-- angeschlossen ist,
die oberhalb der Drosselklappe --15-- unter einem spitzen Winkel in den Schornstein --14-- nilndet.
Im Bereich des Absaugstutzens --23-- ist eine Aufgabevorrichtung --28-- fUr das granulierte Rohmehl vor-
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und weitestgehendst entsäuerten granulierten Rohmehls aus dem Wärmetauscher und zum Einführen des entsäuerten Gutes in den Sinterschacht-l-vorgesehen. Die Austragsvorrichtung ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine rotierende Scheibe, die intermittierend oder kontinuierlich angetrieben werden kann.
Der
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Antrieb der Austragsvorrichtung wird mit --30-- bezeichnet, Die Austragsvorrichtung --29-- ist in einem Ge- häuse --31-- angeordnet, das in seinerBodenf1äche nächst dem äusseren Umfang eine Öffnung --32-- aufweist, an die eine Leitung --33-- angeschlossen ist, in der eine Messstelle --34-- vorgesehen ist und die unter einem spitzen Winkel in den oberen, leicht konisch erweiterten Abschnitt --10-- des Schachtes --1-- mündet,
Die den vertikalen Schacht --1-- über den Stutzen --11-- verlassenden, heissen Abgase gelangen, wenn die Drosselklappe --15-- im wesentlichen den grössten Teil des Durchgangsquerschnittes des Schornsteines --14-verschliesst,
über den unter einem etwa rechten Winkel anschliessenden Stutzen-16-desAbzweigstüches--LZ-- in die ringförmige Kammer --17--, welche den Wärmetauscher --18-- umgibt. In der ringförmigen Kammer --17-- werden die Abgase umgelenkt und treten, bedingt durch den vom Absauggebläse-25-erzeugten Unterdruck, durch den ringförmigen freien Querschnitt zwischen dem unteren Abschnitt-20-des Mantels-19--
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men hingegen von unten durch das granulierte Rohmehl nach oben, d. h. das Rohmehl wird im Gegenstrom durchströmt.
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tet. Die Verbrennungsgase treten in den Wärmetauscher --18-- tangential mit 1100 bis 1300 C ein, um dann ihre Wärme an die Granulatschüttung im Gegenstrom abzugeben und mit etwa 1000C abgesaugt zu werden.
Die konsequente Anwendung des Gegenstromprinzips bei kompakter Bauweise des Wärmetauschers, wobei die Karbonatkohlensäure des Rohmehls restlos ausgetrieben wird, ermöglicht erst den besonders günstigen, bisher bei bekannten Verfahren nicht erreichten geringen Gesamtwärmeaufwand bei der Klinkerbildung. Die hohe
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begünstigt.
Beispiel :
Zur Herstellung des Rohmehlgranulats wird Portlandzementrohmehl normaler stofflicher Beschaffenheit mit 78% CaCOg in einem Granulierteller bekannter Bauart unter Zusatz von 13 bis 14% Wasser zu runden Granalien möglichst gleicher Korngrösse von etwa 8 bis höchstens 10 mm Durchmesser, verformt. Das Rohmehl mit Hilfe einer Dosierschnecke od. dgl. der Granuliervorrichtung in gleichmässigem Strom, z. B. 250 kg/min zugeführt. Der entsprechende Wasserzusatz wird mit Hilfe eines Durchflussmessers genau eingestellt bzw. geregelt. Das schüttfähige Granulat wird dann zur Ausscheidung von eventuell vorhandenem Über- und Unterkorn auf eine Siebvorrichtung gegeben, und gelangt weiter durch ein Transportband zur Beschickung des Wärmetauschers.
Die Aufgabe des feuchten Rohmehlgranulats in den Schacht des Wärmetauschers erfolgt über eine Doppelschleuse, um das Einsaugen von Falschluft weitgehend zu verhindern. Im Wärmetauscher herrscht Unterdruck.
Beim Herstellungsprozess ist der Wärmetauscher mit Granalien gefüllt, u. zw. der konische Schacht raumausfüllend bei praktisch gleichgehaltenem Niveau der Granalienschüttung. Das Mantelgefäss des Wärmetauschers ist nur ab Unterkante des Schachtes gefüllt u. zw. bis auf die Drehscheibe der Austragsvorrichtung. Die tangential in den freien Raum des Wärmetauschers durch das Abgasgebläse mit 1200 bis 13000C eingesaugten Verbrennungsgase aus dem nachgeschalteten Sinterschacht durchströmen erst den stumpfen Kegel der Granulatschüttung und weiter im Gegenstrom die Füllung im konischen Schacht. Der unter diesen Bedingungen sehr gute Wärmeübergang zwischen Verbrennungsgasen und Granulatschüttung lässt ein Temperaturgefälle für die Gasphase von z.
B. 1200 bis 1000C bis zum Austritt der Abgase aus dem Wärmetauscher erreichen. Bei diesem Prozess wird der Karbonatanteil im Rohmehl vollständig zersetzt und das chemisch und mechanisch gebundene Wasser ausgetrieben.
Das im Wärmetauscher entsäuerte und entwässerte Granulat wird mit Hilfe der Entleerungsvorrichtung (Drehscheibe) bevorzugt intermittierend entnommen und der Sintervorrichtung satzweise zugeführt. Die Sinterung bis zur praktisch vollkommenen Kalkbindung erfolgt im Wirbelzustand bei entsprechender Gasgeschwindigkeit der Verbrennungsgase (v = 30 m/s bei z. B. 16000C) in der "Düse" oberhalb der Brennkammer der Ölfeuerung. Nach erfolgter Sinterung wird der Heissgasstrom kurz gedrosselt (5 bis 10 sek), wodurch die spezifisch schwere Klinkerkörnung im freien Fall in den Klinkerkühler übergeführt wird.
Im Klinkerkühler, der ähnlich wie der Wärmetauscher für das Rohmehlgranulat konstruiert ist, wird die Verbrennungsluft (Sekundärluft) tangential eingeblasen, der Klinker intensiv gekühlt und die Verbrennungsluft auf etwa 10000C vorgewärmt. Der gekühlte Klinker wird als feinkörnig lose Schüttung ohne Schwierigkeiten ausgetragen.
Die Stoffbilanz für die Erzeugung von etwa 230 t/Tag Portlandzementklinker ist in Tafel I angegeben.
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Tafel I
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<tb>
<tb> Granulierteller: <SEP> 250 <SEP> kg/min <SEP> Rohmehl
<tb> + <SEP> 35 <SEP> kg/min <SEP> Wasser, <SEP> verdüst
<tb> 285 <SEP> kg/min
<tb> Wärmetauscher <SEP> : <SEP>
<tb> Aufgabe <SEP> : <SEP> 285 <SEP> kg/min <SEP> frisches <SEP> Granulat
<tb> Austrag <SEP> : <SEP> 162 <SEP> kg/min <SEP> entwässertes <SEP> und <SEP> entsäuertes <SEP> Granaulat <SEP> (Kornrohgewicht <SEP> zirka <SEP> 1, <SEP> 30) <SEP>
<tb> CO2+ <SEP> Wasser <SEP> (Diff. <SEP> 123) <SEP> kg/min
<tb> Sintervorrichtung <SEP> : <SEP>
<tb> Aufgabe <SEP> : <SEP> 162 <SEP> kg/min
<tb> Austrag <SEP> im <SEP> freien
<tb> Fall,, <SEP> zirka <SEP> 1450 C <SEP> : <SEP> 162 <SEP> kg/min <SEP> gesinterter <SEP> Klinker <SEP> in
<tb> loser <SEP> Schüttung <SEP> (Kornrohgewichte <SEP> zirka <SEP> 3, <SEP> 0) <SEP>
<tb> Klinkerkühler <SEP> : <SEP>
<tb> Eingang <SEP> :
<SEP> 162 <SEP> kg/min <SEP> Klinkerkörnung <SEP> lose,
<tb> zirka <SEP> 14000C
<tb> Austrag <SEP> : <SEP> 162 <SEP> kg/min <SEP> Klinkerkörllling <SEP> lose,
<tb> zirka <SEP> 500C
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Erzeugen von Zementklinker, insbesondere Portlandzementklinker, durch rasches Sintern von vorerhitztem, körnigem Rohmehlgranulat, wobei die die Sinterzone verlassenden, heissen Gase zum Vorerhitzen des zu sinternden Gutes verwendet und im Gegenstrom durch das letztere geführt werden, dadurch gekennzeichnet,
dass zwecks Verkürzung der Dauer des Sintervorganges das zu sinternde Gut durch Vorerhitzen auf eine Temperatur von mindestens 900 bis 10000C nahezu vollständigentsäuert undsodann in an sich bekannter Weise im Wirbelzustand in einem senkrecht aufsteigenden Heissgasstrom mit etwa 16000C Gastemperatur eingebracht und in Bruchteilen von 1 min gesintert wird.