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Verfahren und Einrichtung für eine fortlaufende Wärmebehandlung von Pulvermaterial, insbesondere Zementrohstoff Es ist bekannt, dass durch Wärmebehandlung von Mineralen ein Material mit neuen technologischen Eigenschaften erzeugt werden kann, welches in der Natur nicht vorhanden ist.
Auf diesem Prinzip beruht zum Beispiel die ganze Zement- und Kalkindustrie. Im wesentlichen handelt es sich hierbei um eine Wärmeverarbeitung von Rohstoffen, die überwiegend CaCO3 enthalten, welches bei erhöhter Temperatur und unter Energiezufuhr zu Ca0 und CO, zerfällt,
gegebenenfalls mit weiteren Mineralen neue Verbin- dungen bildet. Resultierende Produkte sind dann Ze- mentklinker Kalk usw.
Vom Standpunkt der Wärmewirtschaft aus betrachtet, kann dieser Vorgang in 4 Hauptstufen geteilt werden: 1.) Das Erwärmen des Rohstoffes von 0 C bis etwa 800 bis 900 . In diesem Wärmebereich handelt es sich um eine endothermlische Reaktion, wobei die verbrauchte Wärme hauptsächlich zwecks Erwärmung des Rohstoffes zugeführt wird, in kleinerem Mass zwecks Ersetzung des Kaolins usw.
Der Wärmeverbrauch in dieser Stufe ist etwa 420 Kcal/kg Klinker.
2.) Der Zerfall von CaCO3 zu Ca0 und C0_, was etwa bei $00 bis 900 C vor sich geht. Der Wärmeverbrauch ist etwa 450 Kcal/kg Klinker.
3.) Das Erwärmen des Rohstoffes und das Bilden von neuen Mineralen bei Temperaturen bis 1450 C (Mergeln) gegebenenfalls bis 1800 C (Schmelzen). In diesem Fall handelt es sich um eine endothermische und exothermische Reaktion, wobei der resultierende Wärmeverbrauch 40 Kcal/kg von Klinker, bzw. 270 Kcal/kg Schmelze beträgt.
4.) Das Kühlen des Klinkers bzw. der Schmelze und Rückgewinnung ihrer Wärme.
Es ist somit möglich, den ganzen technologischen Vorgang in mehrere Etappen zu unterteilen., wobei die jeder Etappe zugeführte Wärme im Intervall verschiedener, genau festgelegter Temperaturen durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials bestimmt ist.
Der heutige Stand der Silikatindustrie wird durch zwei Hauptverfahren vertreten. Es ist dies der kurze Drehofen mit Wärmevermittler zum Vorwärmen des Rohstoffes in der Zementindustrie und der Schachtofen 'in der Kalkindustrie. Jedoch nützt keines der erwähnten Verfahren alle Möglichkeiten. aus,
welche durch die natürlichen Etappen der Wärmeverteilung des technologischen Vorganges gegeben sind. Im Schachtofen verläuft der ganze Vorgang meiner Stufe, ohne Möglichkeit, ihn in den einzelnen Stadien zu beeinflussen. Im Drehofen mit Wärmevermittler verläuft zwar das Vorwärmen des Rohstoffes in einem selbständigen Element,
die weiteren zwei Etappen verlaufen jedoch wieder in einer Stufe in direktem Anschluss. Die gesamte Wärme wird dem technologischen Vorgang wieder im Bereich der höchsten Temperatur der d'r'itten Stufe zugeführt, wodurch die Ansprüche auf die Güte des Brennstoffes aussteigen.
Dieser Stand ist durch die gegenwärtige technologische Höhe gegeben, da bisher nicht ein Verfahren
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zu wirkungsvollerer Meisterung der Wärmebehand- lung im Bereich des Zerfalles von CaCO3 bekannt war.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das zuvor aufgezeigte Problem d'er Wärmeverarbeitung von Pulvermaterial, insbesondere von Zementrohstoff, zu lösen.
Demgemäss bettifft die Erfindung ein: Verfahren für eine fortlaufende Wärmebehandlung von Pulver- material, insbesondere von Zementrohstoff, wobei die natürlichen Stadien der Wärmeunterteilung des technologischen Verlaufes ausgenützt werden, welche aus der Vorwärme-, Dissozi'ations- und Sinterungs- bzw.
Schmelzstufe bestehen, und wobei für die niedrigeren Stufen auch minderwertigerer Brennstoff verwendet werden kann.
Dieses Verfahren zeichnet -sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass der Pulverrohstoff in einer Anordnung verarbeitet wird, welche aus selbständigen Funktionsstufen für Vorwärmen, Dissoziation und Sinte- rung bzw.
Schmelzen besteht, wobei jede Stufe mit der erforderlichen Wärmemenge im günstigsten Wärme- intervall versorgt werden kann, wobei Abfallwärme der folgenden Stufen ausgenützt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Dissoziationsstufe aus einer Dissoziations'kolonne besteht, welche innen eine Isolationsverkleidung besitzt und an deren. Anfang eine Brennkammer vorgesehen ist, in welcher sich ein Brenner mit einer Brennstoffzufuhr befindet, und einem Abscheider am Ende der Kolonne.
Das Wesen dieser Erfindung besteht also darin, dass der ganze technologische Vorgang in drei selb- ständige Stufen. unterteilt wird, nämlich: 1. Die Vorwärmstufe, wo der Rohstoff bis auf die Dissoziationstemperatur, d. h. auf 800-900 C, erwärmt wird.
2. Die Dissoziationsstufe, wo @es zu keiner weiteren wesentlichen Temperaturerhöhung des Rohstoffes kommt und die zugeführte Wärme für das Zersetzen von CaCO3 verwendet wird.
3. Die Sinteru@ngs- bzw. Schmelzstufe, wo 'sich schon die kristallinische Struktur, des resultierenden Materials bildet.
Diese drei Stufen. entsprechen der Verteilung der einzelnen Zonen, zum Beispiel von langen Zementdrehöfen (Vorwärmezone, Dissoziationszone -und Sin- terungszone). Während die Anwendung eines Wärme- vermittlers für Vorwärmung des Rohmaterials be- kanntlich eine Verkürzung der Drehöfen bis auf die Hälfte ermöglichte (Ersetzung der Vorwärmezone durch den Wärmevermittler), sowie eine Herabsetzung des kalorischen Aufwandes um 30-40 %,
ermöglicht das erfindungsgemässe technologische Verfahren eine weitere Verkürzung um die Diasoziationszone, ge- gebenenfalls ihre Abschaltung und Ersetzung durch eine andere, mehr w'irtschafth@che Anordnung.
In der Zeichnung ist das erfindungsgemässe Verfahren anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen einer Einrichtung zur Erzeugung von Schmelzzementen veranschaulicht, wobei diese Ausführungsbeispiele sich im wesentlichen durch die ver- wendete Schmelzstufe unterscheiden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung mit einem elektrischen Widerstandsofen, Fig. 2 eine Einrichtung mit einer Schmelzkammer, welche mit :hochwertigem Brennstoff betrieben wird, und Fig. 3 eine Einrichtung mit einem Drehofen.
In Fig. 1 ist das prinzipielle Schema des Verfahrens einer fortlaufenden Wärmeverarbeitung dargestellt, wobei der technologische Vorgang der Verarbeitung von Schmelzzementen angegeben ist. Für die Vorwärmestufe ist ein Wärmevermittler 1 beliebiger Bauart vorgesehen.
Die Dissoziationsstufe besteht aus einer Dissoziationskolonne 2, welche eigentlich ein, mit einer inneren Isolationsverkleidung versehenes, Rohr ist, welches mit einem üblichen Abscheider 3 endet, der glzichfalls eine Isolationsverkleidung besitzt. Am Anfang der Dissoziationskolonne 2 ist eine Verbrennungskammer 4 angeordnet, in welcher sich ein Brenner 5 mit der Brennstoffzufuhr 6 befindet.
Die dritte Stufe, d. h. die Schmelzstufe, wird in diesem Fall durch einen elektrischen Widerstandsofen 7 gebildet. Der Zementrohstoff wird in Pulverform mittels eines Förderers 8in den Wärmevermittler 1 geliefert, durchquert diesen und wird fortlaufend bis auf die Dissoziationstemperatur erwärmt. In diesem Zustand kommt er über einen geeigneten Verschluss 9 (z.
B. über einen Schneckenförderer oder über Schwing- klappen) n die Dissozi@atio:askofonne 2, wo er durch heisse Rauchgase erfasst und in Richtung des Ab- scheiders 3 mitgeführt wird.
Auf diesem Weg kommt es zu einer intensiven Wärmevermittlung zwischen den Gasen und den Pulverteilchen, derart, dass bei geeignet bemessener Länge der Dissoziation:äkolonne 2 und richtig gewählter Brennstoffmenge ein voll'stän- diges Zerlegen von CaCO3 zustandekommt, wobei die Temperatur der Gase und des Rohstoffes praktisch ausgeglichen wird (sog. gleichströmige Wärme- verm'ittiLl g). Der vorgewärmte und dissoziierte Rohstoff kommt dann in den elektrischen Widerstandsofen 7, in welchem er auf die Schmelztemperatur erhitzt wird.
Der geschmolzene Zement kommt dann in einen geeigneten Kühler 10, in we'l'chem er durch einen Luftstrom auf die erwünschte Temperatur abgekühlt wird. Die gewonnene Wärmeenergie wird dann mittels der erwärmten Luft über die Leitung 11 in den Wärmeprozess zurückgeführt.
Die Rauchgase aus dem Abscheider 3 strömen weiter in den Wärmevermittler 1, wo sie als Wärmeträger bei dem schon erwähnten Vorwärmen des Rohstoffes dienen, und von hier über eine Rohrleitung 12 in eineng eeigneten, in Fig. 1 nicht gezeichneten 'Staubabscheider. Zwecks allfä H@igen Nachwärmens der Gase ist am Eintritt in den Wärmevermittl'er 1 ein kleiner Hilfsbrenner 13 vorgesehen.
Die Vorteile der Wärmewirtschaft sind bei dieser Anordnung zweifellos vorhanden; wenn wir in Betracht ziehen, dass wir in der Dissoziationsstufe, in welcher der kalorische Wärmeverbrauch im ganzen
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Vorgang der grösste ist, praktisch die gesamte Wärme der Rauchgase ausnützen, von deren Verbrennungstemperatur bis zur Dissoziationstemperatur. In Anbetracht dessen, dass es sich um eine einfache, stationäre Anordnung handelt,
welche leicht sehr wirksam isoliert werden kann, sind die Wärmeverluste in der Umgebung dieser Stufe minimal, ordnungsmässig 10 Kcal/kg Klinker bzw. Schmelze, so dass der Wirkungsgrad dieser Stufe ün Bereich der erwähnten Temperatur ungefähr 90 % beträgt. Die Ansprüche an die Güte des Brennstoffes sind dabei wesentlich niedriger als bei üblichen Rotationsöfen, weil es nicht nötig ist, in dieser Stufeeine Siterungstemperatur des Rohstoffes von 1450 C zu erzielen.
Im nachfolgenden elektrischen Ofen entstehen schon keine weiteren Verbrennungsprodukte und somit kein Wärmeverlust in den Gasen, so dass die Wärmeverluste auf Vermittlungsverluste beschränkt bleiben, welchen man durch geeignete Isolation auch dieser stationären Anordnung gut begegnen kann. Die üblichen Verluste von stationären Wärmevermirtl'em betragen heute 20-30 Kcal/kg Klinker und bleiben unverändert. Wärmeverluste in die Umgebung derzeitiger moderner Drehöfen sind etwa 200-300 Kcal/kg Klinker.
Bei der beschriebenen Anordnung kann man deren Herabsetzung unter 100 Kcall/kg Klinker in Betracht ziehen.
Im Hinblick auf die Konstruktion ist es ersichtlich, dass die Anordnung die Möglichkeit bietet, den Drehofen zu vermeiden und. ihn durch eine einfache, stationäre Anordnung zu ersetzen, welche in Erzeugung und Beschaffungskosten weniger anspruchvoll ist. Dabei kann auf Grund bisheriger Forschungsarbeiten erwartet werden, dass die aus der Schmelze gewonnenen Zemente eine grössere Festigkeit haben werden, als übliche Zemente, die auf übliche Art aus Klinker erzeugt werden.
Gemäss Fig. 2 kann das erwähnte Verfahren zur Erzeugung von Schmelzzementen bei Anwendung von fossilem Brennstoff hoher Güte auch ohne Benutzung elektrischer Energie durchgeführt werden. Die Vorwärme- und Dissozi'ationsstufe bleibt in diesem Fall dieselbe wie im vorangehenden. An den unteren Teil der Dissoziationskoilonne schliesst sich eine Schmelzkammer 14 an,
in deren unteren Teil ein oder mehrere Brermer 15 münden. Der vorgewärmte und dissoziierte Rohstoff wird dann aus dem Abscheider der Dissoziationskolonne direkt in die Zuführrohrleitung 16 für den Brennstoff geliefert, durch welche er zusammen mit dem Brennstoff in die Schmelzkammer 14 zugeführt wird.
Hier werden die einzelnen Rohstoffteilchen durch die hohe Temperatur der Verbrennungsprodukte rasch auf die Schmelztemperatur erhitzt, werden zusammen geschmolzen unkt sinken in den unteren Teil der Schmelzkammer, von wo sie wieder, wie im vorherigen Fall, in den Kühler geführt werden.
Schliesslich kann man gemäss Fig. 3 dieses Verfahren auch zur Erzeugung von üblichem Zementklinker derart verwenden, dass hinter die Dissoziations- kolonne ein kurzer Drehofen 17 eingeschaltet Wird, von einem Verhältnis L/D von etwa 1:3 bis 1:
6, oder aber eine andere geeignete Sintezvorrichtung. In die- sein Fall wird in den Drehofen 17 lediglich die im Bereich der benötigten Temperaturen für das Sintern erforderliche Wärme zugeführt. Rauchgase werden aus dem Drehofen 17 durch die Rohrleitung 18 in die Dissoziationskolonne 2 überführt, wo wieder durch einen Hilfsbrenner der erforderliche Teil der Wärme zugeführt wird.
In allen beschriebenen Eierrichtungen kommt somit eine fortschreitende Wärmebehandlung des Pulverstoffes in selbständigen Funktionsstufen zustande, von welchen jede genau mit der erforderlichen Wärmemenge in dem günstigsten Wärmeintervall versorgt werden kann, so dass es mit Erfolg möglich ist, in den niedrig eren Stufen minderwertigen Brennstoff zu verwenden, wobei die ganze Anordnung oder deren wesentlicher Teil aus stationären Elementen besteht,
welche in der Erzeugung und in Beschaffungskosten weniger anspruchsvoll sind. Ausser kalorischer Ersparnisse werden auch die Erzeugungs- und Beschaf- fungskosten herabgesetzt. Aus dem Wesen der Anordnung ist ersichtlich,
dass mit Rücksicht auf die Möglichkeit einer direkten Wärmesteuerung jeder Erzeugungsstufe Voraussetzungen für eine volle Auto- matisation des Erzeugungsvorganges gegeben sind und somit auch eine Herabsetzung des Arbeitsaufwandes.
Ungeachtet dessen, d a:ss in der Beschreibung lediglich ein Verfahren für die Zementerzeugung erwähnt wurde, kann dieses Verfahren in allen Fällen einer Wärmeverarbeitung von Pulverstoff ähnlichen Charakters verwendet werden, wie zum Beispiel für Kalk USW.