DE102005040268A9

DE102005040268A9 - Formkörper für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern

Info

Publication number: DE102005040268A9
Application number: DE102005040268A
Authority: DE
Inventors: Gerd-Rüdiger Dr. Klose
Original assignee: Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH and Co OHG
Current assignee: Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH and Co OHG
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2007-08-30
Also published as: WO2006042755A2; DE102005040268A1; WO2006042755A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkörper für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle, bestehend aus einem Primär- oder Sekundärenergieträger, wie beispielsweise Koks, und/oder aus zu Mineralfasern zu schmelzenden und zu zerfasernden Primär- und/oder Sekundärrohstoffen, wie Diabas oder Basalt sowie Kalkgestein und/oder Dolomit bzw. Schlacken, insbesondere Schlacken aus der Eisenindustrie, beispielsweise Hochofenschlacken, als Korrekturstoffe und/oder Recyclingmaterial aus Mineralfaserdämmstoffen, insbesondere rückgebaute Mineralfaserdämmstoffe und/oder produktionsbedingte Abfallstoffe in Form von Mineralfaserdämmstoffen, die zerkleinert und zu einem Formstein geformt werden. Um einen gattungsgemäßen Formkörper zu schaffen, der eine inbesondere für den Schmelzvorgang in einem Schmelzaggregat vorteilhafte Form aufweist, die in einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar ist, ist vorgesehen, dass der Formstein zumindest in einer großen Körperachse im Querschnitt kreisförmig, ellipsenförmig oder regelmäßig kreisbogenförmig ausgebildet ist oder dass der Formstein zumindest in einer großen Körperachse im Querschnitt polygonal ausgebildet ist, wobei der Formstein Flächen aufweist, die in stumpfen Winkeln aufeinander zulaufen, oder dass der Formstein als Würfel mit einer Kantenlänge von mehr als 200 mm, insbesondere bis zu 300 mm, vorzugsweise zwischen 200 und 250 mm, ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Formkörper für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle, bestehend aus einem Primär- oder Sekundärenergieträger, wie beispielsweise Koks und/oder aus zu Mineralfasern zu schmelzenden und zu zerfasernden Primär- und/oder Sekundärrohstoffen, wie Diabas oder Basalt sowie Kalkgestein und/oder Dolomit bzw. Schlacken, insbesondere Schlacken aus der Eisenindustrie, beispielsweise Hochofenschlacken als Korrekturstoffe und/oder Recyclingmaterial aus Mineralfaserdämmstoffen, insbesondere rückgebaute Mineralfaserdämmstoffe und/oder produktionsbedingte Abfallstoffe in Form vom Mineralfaserdämmstoffen, die zerkleinert und zu einem Formstein geformt werden.
Bei der Herstellung von Dämmstoffe aus Mineralfasern werden glasig erstarrte Mineralfasern mit geringen Mengen an zumeist organischen Bindemitteln zu elastisch-federnden Dämmstoffen in Form von Platten und/oder Bahnen verbunden, wobei die Platten in der Regel von einer endlosen Bahn aus Mineralfasern abgetrennt werden. Als Bindemittel werden beispielsweise bei thermisch beständigen Dämmstoffen organisch modifizierte Silane, Wasserglas oder auch Phosphatbindern eingesetzt.
Handelsüblich werden Dämmstoffe aus Glaswolle oder Steinwolle unterschieden. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal zwischen diesen beiden Dämmstoff-Sorten ist deren unterschiedliche Temperaturbeständigkeit. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung schmelzen Glaswolle-Dämmstoffe bereits bei Temperaturen < ca. 700°C, während sogenannte Steinwolle-Dämmstoffe einen Schmelzpunkt nach DIN 4102 Teil 17 von > 1000°C aufweisen.
Dämmstoffe aus Steinwolle können ausschließlich aus Gesteinen wie Diabas oder Basalt hergestellt werden, wobei Kalkgestein und/oder Dolomit als korrigierenden Zuschlägen hinzugefügt werden können. Diese Zuschläge können auch vollständig oder teilweise durch Hochofenschlacken und/oder andere Schlacken aus der Eisenindustrie ersetzt werden.
Ein weiteres Ausgangsmaterial für die Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern stellt sogenannte Schlackenwolle dar, die aus basischen Hochofenschlacken mit silikatischen Korrektur-Zuschlägen erschmolzen werden. Auch diese Schlackenwollen erfüllen die Kriterien nach DIN 4102 Teil 17.
Rohstoffe für die Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern sind in den letzten Jahren knapper und insbesondere teurer geworden. Die Hersteller dieser Dämmstoffe sind daher auch durch Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetze gefordert, alternative Rohstoffquellen aufzutun. In verschiedenen Industriezweigen anfallende Abfallstoffe können als sogenannte Sekundärrohstoffe bei der Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere bei Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern eingesetzt werden.
Die Rohstoffe für die Herstellung der Dämmstoffe aus Mineralfasern werden mit vorzugsweise hochwertigem Gießereikoks als Primärenergieträger in Kupolöfen aufgeschmolzen. Kupolöfen sind an ihren Innenwandungen glatt ausgebildete Schachtöfen mit über ihre Höhe gleichbleibenden Innendurchmessern von ca. 0,9 m bis ca. 2,5 m und Höhen von ca. 4 m bis ca. 6 m. Als Aufgabegut werden die zu schmelzenden und zu zerfasernden Rohstoffe und ein Primärenergieträger in den Kupolofen eingefüllt, wobei üblicherweise Koks als Primärenergieträger mit einem Anteil von ca. 12 bis ca. 17 Masse-%. des Aufgabegutes verwendet wird. Die Rohstoffe weisen Durchmesser von ca. 80 mm bis ca. 200 mm auf. Hinsichtlich der Größen und Korngrößenverteilung der Rohstoffe und des Kokses wird ein enges Kornspektrum angestrebt, um den Strömungswiderstand der Schüttung niedrig zu halten.
Das Aufgabegut aus Rohstoffen und Koks wird periodisch als Schüttung über eine Gattierungsanlage in möglichst gleichmäßiger Verteilung in den Kupolofen geschüttet.
Sowohl die Rohstoffe wie auch der Koks sind bruchrauh und weisen deshalb keine regulären Formen auf, so dass sich das Porenvolumen und die Porengrößen in der Schüttung laufend ändern. Um eine Vorstellung von den Anteilen der beiden Hauptkomponenten in der Schüttung zu geben, wird von idealisierten kugelförmigen Körpern mit Durchmessern von jeweils 120 mm ausgegangen. Bei einem Masseanteil als Koks mit einer Rohdichte von 1.900 kg/m³ ausgebildeten Energieträger von 12 % und einem als Gestein mit einer Rohdichte von 3.000 kg/m³ ausgebildeten Rohstoff kommen somit fünf Gesteinskörper auf einen Energieträger. Durch die beträchtlichen Unterschiede im spezifischen Gewicht des Energieträgers und des Rohstoffs werden die Kokspartikel bei der Gattierung leicht von den schwereren Gesteinspartikeln weggedrückt. Es kommt somit zu Separationen des Aufgabegutes, bei denen die Gesteinspartikel vom Rohstoff getrennt werden. Hierdurch wird der Schmelzvorgang negativ beeinträchtigt, soweit diese Separationen zu einer annähernd vollständigen Trennung des Aufgabegutes führen. Diese Separationen können in engen Grenzen durch eine Vergrößerung der Korngröße des Primärenergieträgers kompensiert werden.
Für den Schmelzvorgang ist eine Zufuhr von Luft erforderlich, die über ca. 4 bis 20, gleichmäßig über den Umfang des Schachtofens verteilt angeordnete Windformen mit Drücken bis ca. 10 kPa im Gegenstrom in den Kupolofen eingeblasen wird. Der Kupolofen weist obere Ofenbereichen auf, in denen ein leichter Unterdruck erzeugt und aufrechterhalten wird.
Die Gattierungsanlage schließt den Kupolofen nach oben hin ab und ermöglicht eine kontrollierte Abführung der Abgase, die unter anderem CO-Gas enthalten. Die Abgase werden einer nachgeschalteten Reinigungs- und Nachverbrennungsanlage zugeführt, so dass der Energiegehalt der Abgase in einer nachfolgenden Brennkammer genutzt und gleichzeitig schädliche Verbindungen, beispielsweise durch Oxidierung oder Zerstörung in weniger bis unschädliche Verbindungen umgewandelt werden. Die für die nachträgliche Verbrennung erforderliche Energie wird beispielsweise in Form von Erdgas zugeführt. Der Energieinhalt der erhitzten Abgase wird jeweils über Wärmetauscher sowohl zur Vorwärmung der Abgase vor der Brennkammer, im wesentlichen aber zur Erhitzung der zuzuführenden Luft genutzt. Die Luft wird üblicherweise in Kombination mit Abgas-Reinigungs anlagen auf Temperaturen um ca. 600°C, durch zusätzliche Heiz-Vorrichtungen bis maximal ca. 800 °C aufgeheizt. Ein hieraus entstehender Heißwind kann zusätzlich mit Sauerstoff angereichert werden. Vielfach aber werden Sauerstoff-Düsen direkt in einer Verbrennungsebene auf dem Umfang des Kupolofens verteilt angeordnet. Diese Sauerstoff-Düsen können kontinuierlich wirken oder durch regelmäßiges Öffnen und Schließen impulsartig auf die Primärenergieträger einwirken. Die Sauerstoff-Düsen können auf verschiebbaren Lanzen angeordnet sein.
Der Primärenergieträger verbrennt im Bereich des Bodens des Kupolofens. Die Verbrennung endet in einer Zone etwa 0,5 m oberhalb der Windformen. In dieser, Temperaturen von > 1500°C aufweisenden Zone ist der Sauerstoff der Verbrennungsluft aufgebraucht. Oberhalb dieser Zone schließt sich ein Bereich geringer Höhe, beispielsweise < 1 m an, in der eine Temperatur bis ca. 1000°C erreicht wird. Es ist grundsätzlich vorteilhaft, den Bereich hoher und sehr hoher Temperaturen oberhalb der Windformen auf eine geringe Höhe zu begrenzen, um sogenanntes Oberfeuer zu vermeiden.
Durch die hohen Temperaturen schmelzen die in einer Höhe von bis zu 1 m oberhalb der Windformen angeordneten Gesteine an bzw. auf und geben ihren Energieinhalt in den Bereich oberhalb dieser Zone an das in diesem Bereich angeordnete Aufgabegut ab, so dass die Bestandteile des nachrutschenden Aufgabegutes vorgewärmt werden.
Die als stückige Rohstoffe verwendeten Gesteine und/oder Schlacken dürfen bei erhöhten Temperaturen ebenso wenig plastisch erweichen, wie der Energieträger, da hierdurch der Strömungswiderstand der Schüttung erhöht und die Schmelzleistung drastischen reduziert würde. Als Folge könnte sich der Kupolofen zusetzen. Die Bestandteile der Schüttung müssen daher zumindest bis zu Temperaturen von ca. 1000°C formbeständig sein.
Die voranstehend beschriebene Temperaturverteilung im Kupolofen setzt daher träge reagierende Energieträger voraus, die erst nach Erreichen eines bestimmten Temperaturniveaus abbrennen. Brennstoffe wie Stein- und Braunkohlen, die bei niedrigen Temperaturen viele flüchtige Bestandteile abgeben und somit Oberfeuer begünstigen, werden als hier prinzipiell nicht geeignet angesehen; dasselbe gilt im übrigen auch für Kokssorten, wie sie beispielsweise für den Hausbrand verwendet werden.
Als Folge der Boudouard-Reaktion C_(s) + CO_2(g) → CO_(g) werden rund 30 % der in den Gesteinen enthaltenen Eisenoxide zu metallischem Eisen reduziert und als Roheisenschmelze auf dem Boden des Kupolofens gesammelt, so dass diese zumeist zwei- bis dreimal pro Tag durch eine verschließbare Öffnung in einer Bodenklappe bzw. einer hier vorhandenen feuerfesten Ausmauerung abgelassen wird.
Die voranstehend beschriebenen Kupolöfen werden zudem wegen der notwendigen Reinigungen der nachgeschalteten Produktionsanlagen zumeist im Wochenrhythmus herunter gefahren, wobei der verbliebene Inhalt des Kupolofens, bestehend aus der Schmelze und mehr oder weniger angeschmolzenen oder verbrannten Bestandteilen des Aufgabegutes durch die dazu geöffnete Bodenklappe entfernt werden kann.
Auf der Roheisenschmelze schwimmt die spezifisch leichtere, silikatisch ausgebildete Schmelze, in die unter anderem auch Aschebestandteile des Primärenergieträgers eingeschmolzen sind. Durch einen zwischen den Windformen und dem Boden des Kupolofens befindlichen, als Siphon ausgebildeten Auslauf wird die Höhe der bis auf ca. 1550°C aufgeheizten silikatischen Schmelze konstant gehalten und in einem weitgehend gleichmäßigen Massenstrom auf eine dem Kupolofen nachgeschaltete Zerfaserungsvorrichtung geleitet.
Als Zerfaserungsvorrichtung können beispielsweise Kaskaden-Zerfaserungsmaschinen verwendet werden. Es ist aber auch ein Düsen-Blas-Verfahren bekannt, bei dem die Schmelze über Düsen ausgeblasen und zerfasert wird. Sowohl beim Düsen-Blas-Verfahren, als auch bei der Verwendung von Kaskaden-Zerfaserungsmaschinen werden neben den Mineralfasern auch erhebliche Anteile nichtfaseriger Partikel erzeugt, die in Übereinstimmung mit den Mineralfasern nach dem Abkühlen in Glasform vorliegen. Die gröberen dieser häufig kugeligen und stengeligen Partikel können von der Masse der Mineralfasern abgetrennt werden. Dennoch enthalten derart hergestellte Dämmstoffe ca. 25 bis 30 Masse-% nichtfaserige Partikel < 125 μm.
Die Mineralfasern werden nach ihrem Austritt aus der Zerfaserungsvorrichtung auf eine Fördereinrichtung als endlose Dämmstoffbahn abgelegt. Diese Dämmstoffbahn wird in nachfolgenden Bearbeitungsstationen bearbeitet, beispielsweise gefaltet und/oder komprimiert. Ferner werden die Ränder der Dämmstoffbahn in Längsrichtung besäumt.
Bei der Besäumung der endlosen Dämmstoffbahn und, durch die Produktion von Ausschuss sowie durch die Rücknahme beschädigter Dämmstoffe fallen größere Abfallmengen an. Die innerbetrieblich anfallenden Abfälle werden gebrochen und aufgemahlen und in dieser Form mit fein- bis mittelkörnigen Gesteinen, Abfallstoffen, Recyclingstoffen oder sonstigen Zuschlägen sowie mit Bindemitteln vermischt und zu Formkörpern verpresst. Geeignete Abfall- oder Recyclingstoffe, die hier zu sogenannten Sekundärrohstoffen verarbeitet werden, sind beispielsweise Hochofen- oder Stahlwerksschlacken und/oder Schlacken aus den Steinkohle-Kraftwerken in Form sogenannten Schmelzkammergranulaten. Sonstige Zuschläge können Aluminiumoxidträger, wie beispielsweise calcinierter Rohbauxit oder aufbereitete Schlacken, Krätzen und Stäube aus der Aluminiumindustrie sein.
Als Bindemittel dienen zumeist hydraulisch erhärtende Bindemittel, wie beispielsweise Portlandzemente, insbesondere feingemahlene frühhochfeste Typen der Portlandzemente, hochhydraulische Kalke und/oder latent hydraulische Stoffe, wie beispielsweise calcinierte Klärschlämme, Aschen aus der Tierkörperbeseitigung, Rückstände aus Entschwefelungsanlagen von Wanderrostkessel zur Papierverbrennung mit entsprechenden Anregern, wie beispielsweise gebranntem Kalk.
Die Formkörper können bis ca. 45 Masse-% Dämmstoffabfälle aufweisen, die aber wegen ihrer wasserabweisenden Eigenschaften, insbesondere der mit Mineralölen imprägnierten Oberflächen der Mineralfasern keine feste Verbindungen mit den Bindemitteln der Formkörper eingehen, so dass der Anteil an Bindemitteln erhöht werden muss, um lager- und transport-, insbesondere schüttfähige Formkörper zu erhalten.
Weiterhin müssen relativ grobe, wenn auch absolut gesehen feinkörnige Gesteins- oder Schlackekomponenten < 10 mm als Stützkorn eingesetzt werden. Dadurch wird zum einen die erforderliche Menge an Bindemitteln mit ca. 10 bis ca. 20 Masse-% Portlandzement oder äquivalent wirkender Bindemittel auf ein wirtschaftliches Niveau begrenzt und zum anderen erhalten die Formkörper eine ausreichende Gesamt-, insbesondere eine genügende Kantenfestigkeit.
Es wird eine Druckfestigkeit ≥ 0,8 N/mm², vorzugsweise jedoch > 1 N/mm² der Formkörper angestrebt. Die Formkörper werden deshalb auf Rohdichten von ca. 1.200 bis ca. 2.000 kg/m³, bevorzugt auf Rohdichten von ca. 1.450 bis ca. 1.700 kg/m³ verdichtet.
Die Formkörper enthalten organische Bestandteile, insbesondere in Form von sehr fein verteilten organischen Bindemitteln, die bereits bei relativ niedrigen Temperaturen pyrolisiert werden, so dass ihr Energieinhalt für den eigentlichen Schmelzprozess im Kupolofen nicht direkt nutzbar ist, aber in den Rauchgasreinigungsanlagen bzw. den damit gekoppelten Aufheizanlagen zur Erwärmung der Verbrennungsluft mit entsprechenden Wirkungsgraderhöhungen zumindest dem Gesamtsystem erhalten bleibt.
Die porösen, mit Mikrorissen durchsetzten Formkörper nehmen leicht Wasser auf, so dass sie gegen Niederschläge und damit auch vor der Einwirkung tiefer Temperaturen geschützt werden sollten. Die Trocknung der Formkörper erfolgt unter atmosphärischen Bedingungen, wenn auch vorzugsweise unter Schutzdächern. Die Erwärmung und Verdampfung des Anteils an freiem Wasser in Formkörpern unter normalen Lagerungsbedingungen in der Größenordnung von ca. 7 bis 15 Masse-% und das Austreiben von durch Hydratisierung von Zementminerale gebundenem Kristallwasser erfordert entsprechende Zusatzmengen an Koks oder anderen Energieträgern. Die Wasserdampfbildung kann zwar den Wärmeübergang in den oberen Bereichen des Kupolofens verbessern, hat aber auch uner wünschte Nebenwirkungen auf den Gashaushalt. Der Wasserdampf belastet nachgeschaltete thermische Abluftreinigungsanlagen.
In der praktischen Umsetzung werden zum Pressen der Formkörper aus relativ trockenen Massen die in der Baustoffindustrie weit verbreiteten Beton-Pflasterstein-Pressen verwendet. Wegen der höheren Lagestabilität des Pflasters und aus optischen Gründen weisen Beton-Pflastersteine häufig einen hexagonalen Querschnitt auf. Der Abstand der parallelen Seitenflächen zueinander und die Höhe der Beton-Pflastersteine beträgt ca. 100 mm.
Form, Größe und Gewicht entsprechend ausgebildeter Formkörper sind zum einen für die Behandlung in den bestehenden Förder- und Lagereinrichtungen geeignet und wirken sich zum anderen nicht ungünstig auf den Strömungswiderstand der Schüttung im Kupolofen aus. Die Einzelgewichte der Formkörper sind zudem ähnlich wie die Kokspartikel, so dass sich Separationen in der Schüttung vermeiden lassen.
Die Formkörper sollten sich hinsichtlich ihres Schmelzverhaltens nicht wesentlich von den grobstückigen homogenen natürlichen Gesteinen unterscheiden und somit bei erhöhten Temperaturen nicht plastisch erweichen oder bei niedrigen Temperaturen schmelzende Eutektika bilden. Beides kann aber als lokale Erscheinung innerhalb der Formkörper erwünscht sein.
Die Formkörper werden dem Kupolofen zumeist zusammen mit grobstückigen Anteilen der Schüttung und dem äquivalent dimensionierten Primärenergieträger Koks aufgegeben. Die Formkörper können eine Würfelform mit Kantenlängen von beispielsweise 80 mm bis ca. 150 mm oder in entsprechenden Ziegelformaten, beispielsweise Normalformat oder Doppelformat nach DIN 105 ausgebildet sein. Größere Formkörper erfordern generell längere und damit unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten häufig zu lange Trocknungszeiten.
Außerdem besteht während der Ofenreise die Gefahr, dass der bei der Dehydratation der in der Zementmatrix enthaltenden Hydrosilikate, -aluminate und -ferroaluminate freiwerdende Wasserdampf bei einem zu dichten und damit wenig permeablen Haufwerk den Formkörper zu früh von innen her sprengen würde. Dabei würden insbesondere die feinkörnigen Bestandteile durch die Verbrennungsluft bzw. die Rauchgase aus dem Ofen herausgeblasen werden.
Für die Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern können auch auf Walzenpressen hergestellte, aus mit Polysacchariden gebundenen Massen bestehende Formkörper geeignet sein, wobei deren Anteil an der Ofencharge aber deutlich begrenzt ist, während zementgebundene Formkörper mit geeigneten Zusammensetzungen, natürliche Gesteine nahezu vollständig als Bestandteil einer Schüttung substituieren können.
Der als Primärenergieträger zu verwendende feste Hochtemperaturkoks, insbesondere der beispielhaft genannte Gießereikoks ist allgemein und im besonderen in den benötigten Kornklassen knapp und deshalb verhältnismäßig teuer und darüber hinaus starken Preisschwankungen des Weltmarkts ausgesetzt.
Aus diesem Grund wird versucht, zumindest einen Teil dieses Kokses durch geeignete kohlenstoffhaltige Abfallstoffe aus anderen Industriezweigen, insbesondere durch beispielsweise ascharmen Petrolkoks zu ersetzen. Petrolkoks wird unter anderem für die kathodische Auskleidung sowie für die Anoden von Aluminium-Schmelzöfen verwendet. Sinngemäß gilt das auch für andere grobstückige kohlenstoffhaltige Rückstände aus der Kohledestillation in Form von amorphem Kohlenstoff bis hin zu kristallinem Graphit, die keine flüchtigen Bestandteile mehr enthalten. Dabei können sogar Bestandteile mit einem Durchmesser zwischen 50 mm und 80 mm in Kauf genommen werden, wenn deren Anteile limitiert bleiben.
Nachfolgend werden weitere mögliche Ersatzstoffe beschrieben:
Koksabrieb oder andere feinkörnige kohlenstoffhaltige Rückstände mit mittleren Korndurchmessern von ca. 0,2 bis ca. 3 mm, die arm an flüchtigen Bestandteilen sind, können in untergeordneten Mengen zusammen mit anderen Abfallstoffen und Bindemitteln vermischt, zu den bereits erwähnten Formsteinen verpresst werden.
Schwelkoks aus Braunkohle oder Steinkohle, der bei rund 500°C verkokt wird, kann wegen der hohen Gehalte an flüchtigen Bestandteilen nicht direkt eingesetzt werden. Die Freisetzung von gasförmigen Bestandteilen einschließlich hoher Dampfmengen, das Aufblähen der Kohlen bei erhöhten Temperaturen und der dabei eintretende Festigkeitsabfall schließen auch die direkte Verwendung von Stein- oder Braunkohlen in brikettierter oder pellettisierter Form aus.
Kohlenstoffsteine oder entsprechende Massen sind feuerfeste Baustoffe, die zunächst mit Teerpech gebunden werden. Bei hohen Temperaturen werden flüchtigen Bestandteile ausgetrieben, so dass hieraus gebrochene Partikel der feuerfesten Baustoffe bzw. eines Ausbruchs weitgehend wie Koks- und Graphitpartikel behandelt werden können.
Mit Teer gebundener basischer Dolomit, Magnesia, bzw. gebundene Chrom-Magnesia-Steine und Stampfmassen enthalten nach einem Verschwelen der flüchtigen Bestandteile den gebildeten Graphit in Poren.
Industriepellets aus konditionierter naturbelassener Biomasse bestehen aus Holz und/oder Mischungen mit anderen nachwachsenden Rohstoffen, wie Schalen, pflanzlichen Rückständen. Diese Biomassen werden beispielsweise als Pellets mit Briketts oder sonstigen Formkörpern, mit Korngrößen bis ca. 30 mm verpresst.
Schwarzschiefer sind Sedimentgesteine Bekannt ist beispielsweise Posidonienschiefer, der nach der als Leitfossil betrachteten Muschel Posidonia Bronni benannt ist. Posidonienschiefer der Lias-Formation in Süd-Deutschland können ca. 10 Masse-%, in einigen Horizonten bis zu 20 Masse-% organisches Material enthalten, das wiederum zu 80–90 % in Form sogenannter Kerogene vorliegt.
Kerogene sind hochmolekulare, gleichzeitig hochpolymere Kohlenwasserstoff-Verbindungen, aus denen beim Erhitzen niedermolekulare Stoffe mit erdölartigen Eigenschaften entstehen. Bei sehr hohen Drücken kann sich auch in katalytischen Reaktionen Erdgas bilden. Aufgrund der Genese sind jedoch auch relativ hohe Anteile an Schwefelkies (Pyrit) vorhanden. Organischen Bestandteile bren nen in Meilern aus gebrochenen Gesteinen in Form eines Schwelbrands ab, dabei kann auslaufendes Öl gewonnen werden. Diese Form der Ölgewinnung kann auch in Schachtöfen erfolgen, in denen der Abbrand von oben nach unten durch eine gleichgerichtete Führung der Verbrennungsluft gesteuert wird. Diese fälschlicherweise als Ölschiefer bezeichneten Kalkgesteine und Mergel werden derzeit für die Herstellung von Portlandölschieferzement verwendet. Das Gestein wird in Wirbelschichtöfen verbrannt. Der Heizwert des Schiefers wird bei einem durchschnittlichen Gehalt an organischer Substanz von 11,2 Masse-% mit ca. 3900 kJ/m³ angegeben. Im Vergleich dazu betragen die Heizwerte von Steinkohle ca. 29.300 kJ/kg, von Braunkohle ca. 8.000 kJ/kg. Der feingemahlene Ausbrand ist latent-hydraulisch bis hydraulisch und ergibt nach dem gemeinsamen Aufmahlen mit Portlandzementklinker einen rotbraun gefärbten Zement, dessen Festigkeitsniveau allerdings geringer ist als das normaler Portlandzemente. Feingemahlener Schiefer wird zusammen mit Kalkgestein, Quarzsand und Ton im Drehrohrofen zu Zementklinker gebrannt, wobei naturgemäß hier die Sulfidgehalte in dem Schiefer für das Produkt nicht nachteilig sind. Die feingemahlenen ausgebrannten Gesteine wurden als verfestigende Zuschläge bei der Herstellung von Bauplatten oder Porenbeton verwendet.
Feuerfeste Baustoffe werden mit Wassergläsern oder Phosphatbindern gebunden. Kohlenstoffhaltige feuerfeste Baustoffe in Form von Formkörpern oder Stapfmassen werden mit Steinkohlenteer gebunden, wobei die flüchtigen Bestandteile entweder durch einen Erhitzungsprozess oder durch vorsichtiges Erhitzen am Ort der Verwendung ausgetrieben werden.
Aus der AT-PS 38 685 ist ein Verfahren zur Herstellung von Briketts bekannt, die sich als Zusatzbrennstoff von mineralischem Material bei der Herstellung von Schlackenwolle eignen und Koks- und/oder Kohlepartikel sowie ein hydraulisches Bindemittel enthalten, wobei die Briketts mindestens 8% des Trockengewichts Bindemittel enthalten und die in den Briketts enthaltenen feinen Koks- und/oder Kohlepartikel eine Körngröße von mehr als 2 mm aufweisen und ferner als weiteren Bestandteile feine oxidhaltige, mineralische Partikel mit einer Korngröße unter 2 mm aufweist. Als Bindemittel ist Portlandzement in einer Menge von 8 bis 35% des Trockengewichts des Briketts vorgesehen. Die oxidhaltigen mineralischen Partikel sind aus den Stoffen Sand, Schlacke, Steinstaub, Flugasche, Kalksteinstaub, Dolomitstaub, Siliziumdioxid, Schlackenwolle-Sägemehl oder beliebigen anderen, bei der Schlackenwolle anfallenden Abfallstoffen ausgewählt.
Weiterhin ist aus der DE 195 25 022 A1 ein verheizbarer, fester Formkörper und en Verfahren zu seiner Herstellung bekannt, dessen Hauptbestandteile Koksteilchen und Zement sind. Die Koksteilchen sind durch Koksgrus gebildet.
Die vorbekannten Formkörper sind aber nur bedingt zum Ersatz der Primärenergieträger bzw. des Rohstoffs geeignet, da ihre Festigkeit aufgrund der verwendeten Materialien bzw. der Massenanteile zu einem nicht ausreichend abriebfesten bzw. formstabilen Formkörper führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Formkörper zu schaffen, der die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Formkörper nicht aufweist und eine insbesondere für den Schmelzvorgang in einem Schmelzaggregat vorteilhafte Form aufweist, die in einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar ist.
Gemäß einer ersten Lösung ist bei einem gattungsgemäßen Formkörper vorgesehen, dass der Formstein zumindest in einer großen Körperachse im Querschnitt kreisförmig, ellipsenförmig oder regelmäßig kreisbogenförmig ausgebildet ist.
Nach einer zweiten alternativen Lösung ist vorgesehen, dass der Formstein zumindest in einer großen Körperachse im Querschnitt polygonal ausgebildet ist, wobei der Formstein Flächen aufweist, die in stumpfen Winkeln aufeinander zulaufen.
Schließlich ist bei einer dritten alternativen Lösung vorgesehen, dass der Formstein als Würfel mit einer Kantenlänge von mehr als 200 mm, insbesondere bis zu 300 mm, vorzugsweise zwischen 200 und 250 mm ausgebildet ist.
Die voranstehend genannten alternativen Lösungen der Aufgabenstellung bilden Formkörper aus, die eine geordnete Anordnung in einem Schmelzaggregat, beispielsweise einem Kupolofen ermöglichen, wobei die Ausgestaltung der Formkörper eine gute Gasdiffusion durch eine aus ihnen gebildetes Haufwerk ermöglichen. Des weiteren sind die erfindungsgemäßen Formkörper in einem wirtschaftlichen Herstellungsverfahren produzierbar, wobei insbesondere übliche Pressen einsetzbar sind. Schließlich haben die erfindungsgemäßen Formkörper den Vorteil, dass sie in Abhängigkeit ihres Materials als Energieträger und/oder als Rohstoffträger einsetzbar sind.
Erfindungsgemäß kann der Formkörper einen Formstein aufweisen, der mit einer Schicht aus einem Bindemittel, insbesondere einer dünnen Schicht eines Zementleims überzogen ist. Diese Schicht verhält sich beim Aufprall des Formkörpers im wesentlichen zähelastisch und neigt nur im unmittelbaren Deformationsbereich zum Abplatzen. Beim Aufheizen der Formkörper können sowohl der Wasserdampf wie auch die verschwelenden organischen Bestandteile entweichen, ohne Sprengwirkungen zu entfalten. Die Schicht Zementleim auf dem Formstein be- oder verhindert auch die Oxidation des Primärenergieträgers durch das bei der Reduktion der Eisenoxide gebildete Kohlendioxid CO₂. Die dünne Schicht Zementleim kann durch Zusätze an gemahlenen Mineralfasern mitsamt den zerkleinerten nichtfaserigen Partikeln, die gegebenenfalls darin enthalten sind, verstärkt werden. Deren Anteil wird in Bezug auf die Bindemittel auf maximal 20 Masse-%, vorzugsweise jedoch < 8 Masse-% begrenzt.
Mit Hilfe einer verstärkten Schicht auf dem Formstein, kann vor allem die Reaktionsfähigkeit des Primärenergieträgers verzögert werden, so dass der Abbrand in tieferen Bereichen des Kupolofens erfolgt und das Entstehen von Oberfeuer zumindest abgemindert wird. Dazu kann der Formstein nachträglich in eine geeignete bindemittelhaltige Schlämme getaucht oder diese Schlämme aufgesprüht werden.
Das Bindemittel ist vorzugsweise in einer dünnen Schicht voll- oder teilflächig auf dem Formstein angeordnet.
Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bindemittel aus Wasserglas-, Phosphatbinder, Phosphatzement als Mischung aus Metalloxiden mit Phosphorsäure und/oder organisch modifizierten Silanen besteht. Insbesondere ist das Bindemittel als Überzug bei einer kohlenstoffhaltigen Fraktion aus Hochtemperaturkoks, Petrolkoks, Pechkoks und/oder Graphit vorgesehen.
Es besteht alternativ die Möglichkeit, dass der umhüllte Formstein in die Ummantelung eingesetzt ist, um die Festigkeit des Formkörpers weiter zu verbessern. Diese Alternative hat sich insbesondere dann als vorteilhaft erwiesen, wenn der Formstein ein Volumen hat, dass kleiner ist, als das Volumen der Umhüllung, so dass Relativbewegungen des Formsteins zur Ummantelung zu einem Abrieb des Formsteins führen würden.
Beispielsweise kann der Formstein eine kohlenstoffhaltige Fraktion mit zumindest zwei Körngrößenklassen aufweisen, von denen eine Korngrößenklasse zumindest 50 Masse-% ausmacht, die eine Korngröße ≤ 25 mm aufweist und somit Zwischenräume ausfüllt, die zwischen den Partikeln der Korngrößenklasse ≥ 25 mm angeordnet sind. Hierbei ist die Packungsdichte von ≥ 1.250 kg/m³ von Bedeutung, da diese Packungsdichte durch einen Pressvorgang erzielt wird, bei dem sich in Verbindung mit der Korngrößenverteilung sich ein Formkörper herstellen lässt, der durch seine Abrieb- und Formfestigkeit für den genannten Einsatzzweck in besonderem Maße geeignet ist. Dieser Formstein ist mit einer Umhüllung beschichtet oder in eine Ummantelung eingesetzt, wie es nachfolgender detailliert beschrieben wird.
Beim Brechen von frisch hergestelltem Koks entstehen ca. 50 Masse-% feinkörnige Anteile an, die aber als feinkörnige Bestandteile für den Betrieb eines Kupolofens nicht nutzbar sind. Durch die Merkmalskombination der feinkörnigen Fraktion des Kokses oder eines anderen festen kohlenstoffhaltigen Primärenergieträgers, beispielsweise feuerfester Ausbruchsstoffe oder anodische Auskleidungen von Schmelzöfen oder Elektrodenmaterial mit gröberen kohlenstoffhaltigen Partikeln, die ein Stützgerüst zur Aufnahme der feinkörnigen Fraktion bilden, ist es möglich, einen schüttfähigen und abriebarmen Formkörper zu schaffen, der ins besondere als Primärenergieträger für die Herstellung von Mineralwolle-Schmelzen einsatzfähig ist.
Da der Primärenergieträger im Feuer lange standfest sein muss, ist ein thermisch stabiles Bindemittel vorzusehen. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass Portlandzemente einschließlich Portlandölschieferzemente, Tonerdeschmelzzemente sowie latenthydraulische Stoffe mit entsprechenden Anregern als Bindemittel für Hochtemperaturkoks- oder Graphitfraktionen verwendet werden können. Die Auswahl der Bindemittel hängt auch von der gewünschten Festigkeitsentwicklung der Formkörper ab, wobei die Tonerdeschmelzzemente sehr schnell ausreichend hohe Festigkeiten entwickeln, was unter Umständen ihren wesentlich höheren Preis rechtfertigen kann.
Koks- und Graphitpartikel mit Korngrößen < 50 mm, vorzugsweise < 25 mm werden dazu intensiv mit den hydraulischen Bindemitteln vermischt. Die Korngrößenverteilung der kohlenstoffhaltigen Fraktion wird so gewählt, dass die gröberen Bestandteile ein Stützgerüst bilden, während die feineren Partikel nur soweit die Zwischenräume auffüllen, dass sich eine ausreichende Packungsdichte und damit ein tragfähiger Formkörper ergibt, der aber gleichzeitig eine gewisse Permeabilität aufweist. Es ist hierbei vorteilhaft, eine kohlenstoffhaltige Fraktion mit einem breiten Korngrößenspektrum unterschiedliche Korngrößenklassen zu verwenden und diese in entsprechenden Abstufungen und unterschiedlichen Anteilen zu mischen, um daraus die entsprechenden Formkörper zu pressen.
Der Mischvorgang kann zweistufig erfolgen, indem erst die kohlenstoffhaltigen Partikel mit Portlandzement, gegebenenfalls unter Zusatz redispergierbarer Netzmittel und/oder haftvermittelnder und festigkeitserhöhender redispergierbarer Kunststoffe vermischt werden, bevor anschließend Anmachwasser in der nächsten Mischstufe hinzugefügt wird. Der Zementanteil beträgt ca. 12 bis ca. 30 Masse-%, vorzugsweise < 25 Masse-%.
Die kohlenstoffhaltige Fraktion wird anschließend zu Formsteinen verpresst. Die Rohdichten dieser Formsteine betragen mehr als ca. 1250 kg/m³. Durch eine Erhöhung des Zementanteils kann die Rohdichte gesteigert werden.
Die kohlenstoffhaltige Fraktion kann feinkörnig ausgebildet sein und aus Koks, Graphit und/oder kohlenstoffhaltigen Verbindungen, insbesondere feuerfesten Ausbruchstoffen oder anodischen Auskleidungen von Schmelzöfen und/oder vorzugsweise verbrauchtem Elektrodenmaterial bestehen.
Das Bindemittel ist thermisch stabil ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Portlandzement, Portlandölschieferzement, Tonerdeschmelzzement und/oder latenthydraulischen Stoffen mit Anregern, insbesondere freien Kalk enthaltende Stoffe, beispielsweise Kalkhydrat oder Zement.
Gemäß den voranstehenden Erläuterungen ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorteilhaft, dass die kohlenstoffhaltige Fraktion und/oder das Bindemittel redispergierbare Netzmittel, beispielsweise oberflächenaktive Substanzen und/oder haftvermittelnde und/oder festigkeitserhöhende redispergierbare Kunststoffe, wie beispielsweise Acrylat, Styrolacrylat und/oder Copolymerisate aufweist.
Die kohlenstoffhaltige Fraktion ist vorzugsweise mit 12 bis 30 Masse-%, insbesondere mit 15 bis 25 Masse-% Bindemittel gebunden, so dass die hervorragend Schmelzeigenschaften im Bereich eines Kupolofens bei diesem Formkörper erhalten bleiben.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass neben der kohlenstoffhaltigen Fraktion und dem Bindemittel ein Stützkorn mit einer Korngröße von weniger als 25 mm, insbesondere von weniger als 10 mm in einem Anteil von weniger als 30 Masse-% enthalten ist. Gemäß einer Weiterbildung dieses Merkmals ist vorgesehen, dass das Stützkorn aus für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle, geeignetem Gestein und/oder aus Sekundärrohstoffen besteht. Diese Ausgestaltung stellt eine möglichst rückstandsfreie Aufschmelzung sicher, wobei Bestandteile des Primärenergieträgers in die Schmelze übergehen und zur Bildung der Mineralfasern beitragen.
Für die Herstellung erfindungsgemäßer Formkörper ist Schwelkoks insofern geeignet, dass sein Anteil auf < 30 Masse-% des Gießereikokses oder des Graphits bzw. eines Gemenges aus beiden, begrenzt bleiben kann und das Stützgerüst aus festem dichten Hochtemperaturkoks oder Graphit, gegebenenfalls ergänzt durch Stützkorn aus Gesteinen oder vergleichbaren Sekundärstoffen, besteht.
Wegen der anzustrebenden Homogenität der Formkörper und der Verteilung der Bindemittel kann der beispielsweise würfelförmige Formkörper Kantenlängen bis ca. 300 mm aufweisen. Als vorteilhaft haben sich Kantenlängen von ca. 200 bis 250 mm erwiesen, da die Formkörper bei derartigen Kantenlängen noch ausreichend formstabil sind und auch unter Temperatureinwirkung nicht im Kupolofen zerfallen.
Um einen Formkörper mit hoher Festigkeit und gutem Verbrennungsverhalten zu schaffen ist vorgesehen, dass die kohlenstoffhaltige Fraktion mit dem Bindemittel und dem gegebenenfalls vorhandenen Stützkorn und/oder der gegebenenfalls vorhandenen Umhüllung als Füllung in einer tragfähigen und/oder temperaturbeständigen Ummantelung angeordnet ist.
Die auf diese Weise mit hydraulischen Bindemitteln gebundene kohlenstoffhaltigen Fraktion kann auf diese Weise mit rohstoffhaltigen, d.h. die gewünschte Schmelze bildenden Massen zusammen einen Formkörper bilden. Hierbei können sich spezielle Formgebungen der Formkörper aus dem Primärenergieträger und dem Rohstoff vorteilhaft auf den Schmelzvorgang auswirken. Derartige Formgebungen werden nachfolgend noch beschrieben. Die Formkörper können auch aus natürlichen Gesteinen und/oder sonstigen Sekundärrohstoffen, gegebenenfalls mit Anteilen von Primärenergieträgern und geeigneten Bindemitteln bestehen.
Es ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die Ummantelung einen Hohlraum mit einem Volumen aufweist, das größer ist, als das Volumen der Füllung, welche die kohlenstoffhaltige Fraktion umfasst, wobei das Volumenverhältnis von einem Anteil von in der kohlenstoffhaltigen Fraktion enthaltenen, bei Erwärmung flüchtigen Bestandteilen abhängig ist. Durch diese Ausge staltung wird eine Beschädigung oder Zerstörung der Ummantelung durch eine Ausdehnung der Füllung und/oder durch Gasdruck vermieden.
Vorzugsweise ist die Füllung in brikettierter Form oder als Schüttung in der Ummantelung angeordnet ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ummantelung zumindest in Teilbereichen eine Luftdurchlässigkeit für die kontrollierte Entgasung der Füllung aufweist, um einen zu hohen Druck in der Ummantelung zu vermeiden. Ein derartiger Druck könnte zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Ummantelung führen, so dass eine kontrollierte Energieabgabe bzw. ein kontrolliertes Schmelzen des Rohstoffs nicht möglich ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ummantelung aus einer Gesteinsfraktion, insbesondere aus für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, vorzugsweise aus Steinwolle, geeignetem Gestein und/oder Sekundärrohstoffen besteht, die mit hydraulischen Bindemitteln gebunden sind. Diese Ausgestaltung stellt einen Formkörper bereit, der sowohl als Primärenergieträger, als auch als Rohstoffträger dient.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Ummantelung eine Außenmantelfläche aufweist, auf der eine, insbesondere feinkörnige Gesteine und/oder Mineralfasern aufweisende Überzugsschicht aus hydraulischen Bindemitteln angeordnet ist.
Die Ummantelung weist gemäß einem weiteren Merkmal eine Öffnung auf, die mit einem Deckel verschließbar ist. Bei dieser Ausgestaltung ist eine getrennte Fertigung von Ummantelung und Füllung möglich, die anschließend miteinander verbunden werden. Es können somit unterschiedliche Füllungen in die Ummantelungen eingebracht werden, um unterschiedliche Anforderungen des Schmelzprozesses zu berücksichtigen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ummantelung aus haufwerkporigem Mörtel und/oder Beton mit Zuschlägen aus Gesteinen, Schlacken und/oder Mineralfasern besteht, wobei die Zuschläge mit hydraulisch erhärtenden Bindemitteln, insbesondere mit Portlandzement gebunden sind. Eine derart ausgebildete Ummantelung weist eine hohe Abriebfestigkeit auf und ist für die schüttende Beaufschlagung eines Kupolofens in besonderem Maße geeignet.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die hydraulisch erhärtenden Bindemittel teilweise durch hydraulisch abbindende oder latent hydraulische Sekundärrohstoffe bzw. durch latent hydraulische Puzzolane, Tuffen mit Anregern, insbesondere freien Kalk enthaltende Stoffe, beispielsweise Kallkhydrat oder Zement, substituiert sind.
Als vorteilhaft hat sich eine Geometrie der Ummantelung erwiesen, bei der die Ummantelung eine Länge und/oder einen Durchmesser aufweist, deren Verhältnis zueinander 1:1, vorzugsweise 1,2:1 bis 2,5:1 beträgt.
Um eine vorteilhafte Ausrichtung der zu schüttenden Formkörper im Kupolofen zu erzielen, bei der die Formkörper in vorgesehener Weise im Kupolofen angeordnet sind, ist vorgesehen, dass die Ummantelung und/oder der Formstein einen Schwerpunkt aufweist, der außermittig auf der Längsachse des Formkörpers angeordnet ist.
Der vollständige und feste Einschluss der Füllung in der Ummantelung wird dadurch erzielt, dass der vorzugsweise aus einem mit dem Material der Ummantelung übereinstimmenden Material ausgebildete Deckel nach dem Einfüllen der Füllung mit derselben verpresst ist.
Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass die Ummantelung eine Ausnehmung aufweist, die der Aufnahme des Deckels dient.
Zur Steuerung des Schmelzprozesses ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Deckel zumindest eine Sollbruchstelle aufweist, an der der Deckel bei einem bestimmten Druck zerbricht.
Weiterhin zur gezielten Steuerung des Schmelzprozesses dient das vorteilhafte Merkmal, dass die Ummantelung zumindest zwei Kammern zur Aufnahme unterschiedlicher Füllungen aufweist.
Bei dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Kammern durch eine Wandung aus gemahlenen Mineralfasern und/oder aus mit dem Material der Ummantelung übereinstimmenden zementgebundenen Pressmassen getrennt sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kammern quer zur Längsachse der Ummantelung unterteilt sind. Ferner kann die Erfindung dadurch weitergebildet werden, dass die Ummantelung durch parallel zur Längsachse verlaufende Stege in einzelne Kammern unterteilt ist.
Zur Regulierung des Gasdruckes in der Ummantelung kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, dass die Ummantelung im Bereich einer Wandung eine Lochscheibe oder zumindest eine Öffnung aufweist, über die flüchtige Bestandteile austreten können.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Füllung und/oder die Ummantelung rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Füllung und/oder die Ummantelung einen zylindrischen oder prismenförmigen Querschnitt sowie vorzugsweise eine gewölbte bis halbkugelförmige Stirnfläche und eine der Stirnfläche gegenüberliegend angeordnete Aufstandfläche haben. Sowohl die Lagerung, als auch die Ausrichtung der Formkörper im Kupolofen sind hierdurch in besonders vorteilhafter Weise beeinflussbar.
Schließlich ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die Füllung und/oder die Ummantelung die Form eines rhombischen Disphenoiden aufweisen.
Für die Herstellung des Formkörpers und insbesondere der Ummantelung und des Formsteins können anstelle von hydraulisch abbindenden Stoffen auch Was serglas-, Phosphatbinder, Phosphatzemente als Mischungen aus Metalloxiden mit Phosphorsäure sowie organisch modifizierte Silane als Bindemittel vorzugsweise in Verbindung mit Hochtemperaturkoks; Petrolkoks; Pechkoks oder Graphit eingesetzt werden, die feste Oberflächen aufweisen.
Die verstärkte Oberflächenschicht der beschriebenen, als Füllung verwendbaren Formsteine bildet den Übergang zu der tragfähigen und temperaturbeständigen Ummantelung, wobei die Ummantelung und die Füllung im Sinne von Klein-Reaktoren zu verstehen sind. Diese Klein-Reaktoren können neben bei hohen Temperaturen vorbehandelten Kohlen insbesondere Primärenergieträger enthalten, die bei der Erwärmung flüchtige Stoffe frei setzen und sich dabei aufblähen. Derartige Reaktionen sind bei der Gestaltung der Ummantelungskörper und dem jeweiligen Füllgrad zu berücksichtigen.
Die frei werdenden flüchtigen Bestandteile können wegen der Intensivierung der Energieübertragung auf die Rohstoffpartikel den Schmelzvorgang wesentlich intensivieren oder einen Teil der Primärenergieträger in der Ofenschüttung ersetzen. Die energiehaltigen flüchtigen Bestandteilen werden im oberen Teil des Kupolofens abgezogen und in einer nachgeschalteten Brennkammer verbrannt. Der Energieinhalt dient letztlich der Vorwärmung der Verbrennungsluft.
In diese Ummantelung können verschiedene Primärenergieträger als Formsteine, in gebundener, beispielsweise in brikettierter Form, oder als feinkörnige Schüttung eingebracht werden. Für die Bindung von Formsteinen, die in den Ummantelungen verwendet werden sollen, kommen neben den bereits erwähnten anorganischen und organischen Bindemitteln naturgemäß Feinkohle bei der Brikettierung oder Steinkohlenteerpech in Frage. Weiterhin können Polysaccharide, Melasse oder dergleichen verwendet werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines Formkörpers in geschnitten dargestellter Seitenansicht;
2 eine zweite Ausführungsform eines Formkörpers in geschnitten dargestellter Seitenansicht;
3 eine dritte Ausführungsform eines Formkörpers in geschnitten dargestellter Seitenansicht;
4 eine vierte Ausführungsform eines Formkörpers in geschnitten dargestellter Draufsicht;
5 eine fünfte Ausführungsform eines Formkörpers in Seitenansicht;
6 den Formkörper gemäß 5 in Draufsicht;
7 eine sechste Ausführungsform eines Formkörpers in Seitenansicht;
8 den Formkörper gemäß 7 in Draufsicht;
9 eine siebte Ausführungsform eines Formkörpers in geschnitten dargestellter Seitenansicht;
10 eine achte Ausführungsform eines Formkörpers in geschnitten dargestellter Seitenansicht;
11 eine neunte Ausführungsform eines Formkörpers in geschnitten dargestellter Seitenansicht;
12 den Formkörper gemäß 11 in Draufsicht;
13 eine zehnte Ausführungsform eines Formkörpers in geschnitten dargestellter Seitenansicht;
14 den Formkörper gemäß 13 in Draufsicht;
15 eine elfte Ausführungsform eines Formkörpers in Draufsicht;
16 eine zwölfte Ausführungsform eines Formkörpers in Draufsicht;
17 den Formkörper gemäß 16 in geschnitten dargestellter Seitenansicht entlang der Schnittlinie VXII-XVII in 16;
18 den Formkörper gemäß 16 in geschnitten dargestellter Seitenansicht entlang der Schnittlinie VXIII-XVIII in 16;
19 eine dreizehnte Ausführungsform eines Formkörpers in Draufsicht;
20 den Formkörper gemäß 19 in geschnitten dargestellter Seitenansicht entlang der Schnittlinie XX-XX in 19 und
21 eine vierzehnte Ausführungsform eines Formkörpers in geschnitten dargestellter Seitenansicht.
1 zeigt einen Formkörper 1, der als Primärenergieträger für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle verwendbar ist. Der Formkörper 1 besteht aus einem Formstein 1' aus einer mit einem Bindemittel gebundenen feinkörnigen und kohlenstoffhaltigen Fraktion. Die kohlenstoffhaltige Fraktion hat eine maximale Korngröße von 50 mm, wobei zumindest die Hälfte der kohlenstoffhaltigen Fraktion eine Korngröße ≤ 25 mm aufweist. Bei dem Formstein 1' ist vorgesehen, dass die gröberen Bestandteile der kohlenstoffhaltigen Fraktion ein nicht näher dargestelltes Stützgerüst bilden, während die feineren Bestandteile mit einer Korngröße ≤ 25 mm die Zwischenräume im Stützgerüst ausfüllen. Die kohlenstoffhaltige Fraktion und das Bindemittel weisen eine Packungsdichte von 1.250 kg/m³ auf.
Der Formkörper 1 ist im Querschnitt rund ausgebildet und hat an seinem einen Ende 2 einen konischen Abschnitt 3.
1 zeigt weiterhin eine Ummantelung 4, die einen Aufnahmeraum 5 aufweist, in den der Formstein vollständig eingesetzt ist, so dass Innenwandungsflächen 6 des Aufnahmeraums 5 möglichst vollflächig an der Außenwandung 7 des Formsteins 1' anliegen.
Die Ummantelung 4 ist zylindrisch ausgebildet und weist eine umlaufende Wand 8 und einen sich quer zur Längsrichtung der Wand 8 erstreckenden Boden 9 auf. Der Boden 9 hat eine gegenüber der Wand 8 vergrößerte Materialstärke und weist darüber hinaus eine konische Vertiefung 10 auf, die entsprechend dem konischen Abschnitt 3 des Formsteins ausgebildet ist. Zwischen den freien Enden der Wand 8 ist ein Deckel 11 angeordnet, der den Aufnahmeraum 5 oberhalb des Formsteins 1' verschließt. Der Formstein 1' stellt somit eine Füllung 12 dar.
Die Ummantelung 4 besteht aus Gesteinsfraktionen und/oder Sekundärrohstoffen, die bei der Herstellung von Mineralfaserdämmstoffen im Zuge des Herstellungsprozesses als beispielsweise Abschnitte, fehlerhafte Produkte oder dergleichen anfallen. Des Weiteren können derartige Sekundärrohstoffe auch im Zuge des Recyclings rückgebauter Mineralfaserdämmstoffe zur Verfügung stehen.
Die Ummantelung 4 weist eine hohe mechanische und thermische Stabilität bei gleichzeitig hoher Luftdurchlässigkeit auf. Die Gesteinsfraktionen und/oder Sekundärrohstoffe sind durch hydraulische Bindemittel miteinander gebunden.
Die Luftdurchlässigkeit der Ummantelung 4 ermöglicht eine kontrollierte Entgasung des sich innerhalb des Aufnahmeraums 5 befindenden, die Füllung 12 darstellenden Formsteins 1', der als Energieträger in einem Schmelzprozess in einem nicht näher dargestellten Kupolofen dient.
Die kontrollierte Entgasung des Formsteins 1' erfolgt über die Wand 8, den Deckel 11 und den Boden 9. Hierdurch wird verhindert, dass der sich gegebenenfalls unter Temperatureinwirkung ausdehnende Formstein 1' die Ummantelung 4 mit erhöhtem Gasdruck beaufschlagt, so dass es zu einer Beschädigung der Ummantelung 4 kommt. Ein regulierter Gasdruck innerhalb der Ummantelung 4, beispielsweise der Expansionsdruck von Kohle, Niedertemperaturkoks oder anderen Energieträgern dient demgegenüber zur Abstützung der Ummantelung 4. Die Festigkeit der Ummantelung 4 kann demzufolge verringert werden, um die Ummantelung 4 derart luftdurchlässig auszubilden, dass eine verzögerte Energieabgabe des Formsteins 1' möglich ist.
Ergänzend kann die Ummantelung 4 auf der Wand 8, dem Boden 9 und/oder dem Deckel 11 eine dünne Schicht eines nicht näher dargestellten hydraulischen Bindemittels aufweisen. Dieses hydraulische Bindemittel kann durch feinkörnige Gesteinsfraktionen oder Sekundärrohstoffe, nämlich insbesondere Abfallfasern verstärkt sein. Eine derartige Schicht kann durch Tauchen oder Sprühen der Ummantelung 4 aufgebracht werden.
Die Ummantelung 4 wird als einseitig offener Körper gepresst. Anschließend wird der Formstein 1' in den Körper der Ummantelung 4 eingesetzt und die Ummantelung 4 durch den Deckel 11 verschlossen.
Der Deckel 11 weist umlaufend einen Vorsprung 13 auf, der in eine korrespondierend ausgebildete Ausnehmung 14 in der Innenwandungsfläche 6 der Ummantelung 4 eingreift. Die Ausnehmung 14 kann beispielsweise als Hinterschneidung ausgebildet sein, die im Bereich eines oberen Randes der Ummantelung 4 mit einer Friktions-Spindelpresse eingebracht ist.
Neben den voranstehend angegebenen Materialien kann die Ummantelung 4 auch aus haufwerkporigem Mörtel bzw. Beton bestehen, wobei Zuschläge aus Gesteinen, Schlacken und Mineralfaserabfällen sowie hydraulisch erhärtende Bindemittel, beispielsweise Portlandzemente vorgesehen sein können. Die hydraulisch erhärtenden Bindemittel können durch hydraulisch abbindende oder latent-hydraulische Sekundärrohstoffe, respektive latent-hydraulische Puzzolane oder Tuffe mit entsprechenden Anregern zumindest teilweise substituiert werden, wenn eine ausreichend lange Lagerzeit zur Erhärtung gewährt wird.
Wie voranstehend ausgeführt, ist die Wand 8 mit einer geringeren Wandstärke ausgebildet, als der Boden 9. Die Materialstärke des Deckels 11 entspricht der Materialstärke der Wand 8. Grundsätzlich ist die Wandstärke auf die erforderliche Festigkeit des Formsteins 1' und der Ummantelung 4 abgestimmt, wobei insbesondere der Transport und die Lagerung der Kombination aus Formstein 1' und Ummantelung 4 sowie auf die Beanspruchungen während der Ofenreise Rücksicht zu nehmen ist. Die Ausgestaltung des Bodens 9 mit der konischen Vertiefung 10 in Kombination mit dem konischen Abschnitt 3 des Formsteins 1' sowie der hohen Packungsdichte führt dazu, dass sich die Kombination aus Ummantelung 4 und Formstein 1' insbesondere bei der Schüttung in den nicht näher dargestellten Kupolofen in gewünschter Weise ausrichtet, so dass die Kombination aus Formstein 1' und Ummantelung 4 im Wesentlichen in der in 1 dargestellten Ausrichtung in der Schüttung angeordnet wird.
Die in 1 dargestellte Kombination aus Formstein 1' und Ummantelung 4 hat ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 1:1. Durch eine Veränderung dieses Verhältnisses bis hin zu 2,5:1 können die voranstehend beschriebenen Effekte hinsichtlich der Ausrichtung im Kupolofen weiter verbessert werden.
Der voranstehend beschriebene und dargestellte Formstein 1', der aus einem Primärenergieträger, beispielsweise Koks oder einer sonstigen kohlenstoffhaltigen Fraktion bestehen kann, ist vorgeformt und gepresst. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Primärenergieträger oder eine andere kohlenstoffhaltige Fraktion in mehreren Stufen als lose Schüttung bis zu einer bestimmten Höhe in die Ummantelung 4 einzufüllen und dort zu verpressen. Selbstverständlich ist es alternativ auch möglich, den Primärenergieträger bzw. die kohlenstoffhaltige Fraktion vollständig in die Ummantelung 4 zu schütten und anschließend zu verpressen, bevor in beiden Fällen der Deckel 11 dadurch gebildet wird, dass eine Mörtel/Beton-Mischung einer mit der Ummantelung 4 übereinstimmenden Zusammensetzung abschließend eingefüllt und mit dem Primärenergieträger bzw. der kohlenstoffhaltigen Fraktion und der Ummantelung 4 verpresst wird. Der Deckel 11 kann alternativ eine von der Ummantelung 4 abweichende Zusammensetzung aufweisen. Durch die voranstehend dargestellte Vorgehensweise werden sämtli che Komponenten auf die durch die Art der Stoffe und ihre Korngrößenverteilung mögliche und angestrebte Rohdichte verdichtet.
Die Ausnehmung 14 am oberen Rand der Ummantelung 4 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Deckel 11 aus einer im Vergleich zur Wand 8 bzw. Boden 9 geringer permeablen Pressmasse oder einer gießfähigen und abschließend stark schwindenden Masse ausgebildet ist. Durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Deckel 11 und der Ummantelung 4 wird verhindert, dass der Deckel 11 bei den unterschiedlichen Beanspruchungen während der Lagerung, dem Transport und der Beschickung des Kupolofens von der Ummantelung 4 getrennt wird. Der Deckel 11 kann darüber hinaus derart dimensioniert sein, dass er unter thermischen Belastungen, nämlich bei zu großem Innendruck aufreißt, aber nicht aus seiner Verankerung in der Ummantelung 4 herausfällt. Diesbezüglich kann der Deckel 11 eine nicht näher dargestellte Sollbruchstelle haben. Der Deckel 11 verhindert derart das Herausfallen des Formsteins 1' oder einer damit vergleichbaren Schüttung aus der Ummantelung 4.
Die Kombination aus dem Formstein 1' und der Ummantelung 4 stellt einen sogenannten Klein-Reaktor dar, dessen Energieabgabe auf die Temperaturverteilungskurve über die Höhe des Kupolofens abgestimmt ist. Die flüchtigen Bestandteile des Formsteins 1' werden erst nach ausreichender Durchwärmung der Ummantelung 4 und bevorzugt über den Boden 9 und die Wand 8 abgegeben. Hierdurch werden diese erst in einem Bereich des Kupolofens verbrannt, in dem ein Überschuss an Sauerstoff vorliegt, so dass eine vollständigere Verbrennung erfolgen kann. Von Vorteil ist hierbei eine Reduzierung des freien Wassers im Formstein 1' sowie in der Ummantelung 4.
Neben den bereits voranstehend erwähnten Energieträgern Kohle, Koks, Graphit, Aktivkohle oder Russ können auch Holzabfälle, Rinde, Altholz, Späne und Stäube aus der Holz- und Papierverarbeitung, Spanplattenspäne und -schnipsel, Papierschnipsel, Erdnussschalen, Baumwollstängel in brikettierter Form als Formstein 1' oder Füllung 12 eingesetzt werden.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Formkörpers 1 mit einem Formstein 1' dargestellt, der zweiteilig ausgebildet ist und Abschnitte aufweist, wobei zwischen den Abschnitten des Formsteins 1' eine Trennschicht 15 angeordnet ist, die sich quer zur Längsachse der Ummantelung 4 erstreckt und an die Innenwandungsfläche 6 der Ummantelung 4 anschließt. Die beiden Abschnitte des Formsteins 1', welche durch die Trennschicht 15 voneinander getrennt sind, können identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Zusammensetzung des Primärenergieträgers oder einer alternativen kohlenstoffhaltigen Fraktion.
Weiterhin ist in 2 im Unterschied zur 1 ein abweichend ausgebildeter Deckel 11 zu erkennen, der im Querschnitt im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist, so dass der Deckel auf einer Stirnfläche 16 der Wand 8 der Ummantelung 4 aufliegt, während ein mit dem Innendurchmesser der Ummantelung 4 übereinstimmender Abschnitt 17 dichtend in den Aufnahmeraum 5 der Ummantelung 4 eingreift.
Ergänzend zu einer reibschlüssigen Verbindung des Deckels 11 mit der Wand 8 der Ummantelung 4 kann auch eine formschlüssige Verbindung gemäß 1 vorgesehen sein, wobei dann ein entsprechender Vorsprung 13 und eine entsprechende Ausnehmung 14 in die Innenwandungsfläche 6 bzw. den Deckel 11 integriert sind.
Der Formstein 1' kann aus einem pelletisierten, brikettierten oder in anderer Form verpressten Energieträger bestehen und durch gebrochene Kerogene enthaltenden Schiefer und/oder gemahlene Dämmstoff-Abfälle gestreckt und somit in seiner Reaktionsfähigkeit gebremst sein. Ein ähnlicher Effekt ist durch die Trennschicht 15 erzielt, welche den Formstein 1' in zwei Abschnitte unterteilt. Die Trennschicht 15 führt somit zu einer Kombination aus einem Formstein 1' und einer Ummantelung 4, bei der die Ummantelung 4 einen Mehrkammeraufbau aufweist.
Neben der in 2 dargestellten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, den Aufnahmeraum 5 der Ummantelung 4 auch in weitere Kammern zu unterteilen.
Es wird diesbezüglich auf die 4 verwiesen, die eine im Querschnitt polygonal ausgebildete Ummantelung 4 aufweist, deren Aufnahmeraum 5 durch rechtwinklig zueinander ausgerichtete Trennwände 18 in vier Kammern unterteilt ist, die jeweils einen Teil eines Formsteins 1' aufnehmen. Die einzelnen Teile des Formsteins 1' können wiederum identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein, wobei insbesondere unterschiedliche Zusammensetzungen der einzelnen Teile des Formsteins 1' vorgesehen sein können.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines in einer Ummantelung 4 angeordneten Formsteins 1', wobei zu erkennen ist, dass im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 der Boden 9 als Lochplatte mit Entgasungsöffnungen 19 ausgebildet und formschlüssig in eine Öffnung der Ummantelung 4 eingesetzt ist. Zu diesem Zweck weist der Boden 9 im Bereich seines Randes einen umlaufenden Vorsprung 20 auf, der in eine korrespondierende Ausnehmung 21 der Wand 8 eingreift. Der Vorsprung 20 und die Ausnehmung 21 sind im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet, um das Einsetzen des Bodens 9 in die Ummantelung 4 zu erleichtern.
Neben den Entgasungsöffnungen 19 im Boden ist eine weitere Entgasungsöffnung 19 im Deckel 11 angeordnet, dessen Ausgestaltung im Übrigen mit dem Deckel 11 gemäß 2 übereinstimmt. Die Entgasungsöffnung 19 im Deckel 11 ist zentrisch angeordnet. Es ist zu erkennen, dass die im Deckel 11 und im Boden 9 zentrisch angeordneten Entgasungsöffnungen 19 konisch ausgebildet sind und sich zum Formstein 1' hin verengen. Demgegenüber sind die im Boden 9 außermittig angeordneten Entgasungsöffnungen zylindrisch ausgebildet. Über die Entgasungsöffnungen 19 ist ein definiertes Entgasen des Formsteins 1' möglich, um den Gasdruck innerhalb der Ummantelung 4 zu regulieren. Der voranstehend bereits beschriebene und in der Ummantelung 4 angeordnete Formstein 1' wird nachfolgend näher erläutert, soweit dieser Formstein 1' selbstverständlich auch ohne Ummantelung 4 als Primärenergieträger für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle verwendbar ist.
Die bisher beschriebenen und genannten Rohstoffe, wie auch der Koks weisen aufgrund ihrer jeweiligen inneren Struktur und des angewendeten Aufbereitungsverfahrens irreguläre Formen auf. Die Schmelze bildenden Roh- und Sekundärrohstoffe sowie die Primärenergieträger können vollständig oder in wesentlichen Teilen in Form von Formkörpern 1 in den Kupolofen eingebracht werden. Die Formgestaltung dieser individuellen schmelzstoffhaltigen Formkörper 1 und die der energietragenden Formsteine 1' können in Form, Größe, Gewicht und Festigkeit unterschiedlich sein, wobei eine Abstimmung aufeinander möglich ist. Hierbei spielt die Form des Kupolofens, die Verteilung der Formkörper 1 im Ofen, der Transport der Formkörper 1 zum Ofen und die Beschickungsart eine wesentliche Rolle. Die Formkörper 1 werden hierbei mechanisch belastet und sollen insbesondere abrieb- und bruchfest ausgebildet sein.
In den 5 und 6 ist ein Formstein 1' in einer Seitenansicht (5) und in einer Draufsicht (6) dargestellt. Der Formstein 1' ist doppel-pyramidenstumpfförmig ausgebildet und besteht aus einem Primärenergieträger. Der Formstein 1' weist einen quaderförmigen Mittelbereich 22 mit quadratischer Grundfläche auf. Beiderseits des Mittelbereichs 22 sind pyramidenstumpfförmige Elemente 23 angeordnet, wobei ein pyramidenstumpfförmiges Element 23 aus einem Primärenergieträger und das weitere pyramidenstumpfförmige Element 23 aus einem Schmelze bildenden Stoff bestehen können.
Die pyramidenstumpfförmigen Elemente 23 haben quadratische Stirnflächen 24.
Abweichend von der dargestellten Ausgestaltung kann der Formstein 1' auch einen Mittelbereich in Form einer Kreisscheibe aufweisen, wobei die Elemente 23 dann kegelstumpfförmig ausgebildet sein können.
Der Formstein 1' gemäß den 5 und 6 stellt eine einfache geometrische Form dar, mit der sich Hybridformen realisieren lassen, indem gebundene Energieträger mit Schmelze bildenden Stoffen verbunden sind.
In den 7 und 8 sind weitere Ausführungsformen eines rotationssymmetrischen Formsteins 1' dargestellt. Im Vergleich zur Ausführungsform gemäß den 5 und 6 sind die Elemente 23 mit konkaven Flächen ausgebildet. Insbesondere in 8 ist zu erkennen, dass die Elemente 23 einen runden oder polygonalen Querschnitt aufweisen, sich jeweils aber bis zu einer Stirnfläche 24 erstrecken. Durch diese Ausgestaltung werden die Randbereiche des Formsteins 1' mit erhöhter Kantenfestigkeit ausgebildet. Der Formstein 1' kann ergänzend eine parallel zur Längsachse verlaufende Öffnung 25 aufweisen, die der Entgasung des Formsteins 1' bzw. Durchströmung des Formsteins 1' dient.
Darüber hinaus dienen auch die konkav ausgebildeten Flächen der Elemente 23 der Verbesserung der Entgasung und Durchströmung einer in einem nicht näher dargestellten Kupolofen angeordneten Schüttung aus Formkörpern 1, da durch die konkav ausgebildeten Flächen ein dichtes Anliegen benachbarter Formsteine 1' nicht möglich ist.
In 9 ist ein Formstein 1' zylindrischer Ausgestaltung dargestellt, der einen Mittelabschnitt 26 hat, der als einschaliger Rotationshyperboloid ausgebildet ist. Beiderseits des Mittelabschnitts 26 ist ein kreisrunder Scheibenabschnitt 27 angeordnet, wobei die Materialstärke der Scheibenabschnitte 27 identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein kann, um beispielsweise eine Orientierung des Formsteins 1' bei der Einbringung des Formsteins 1' als Schüttung in den Kupolofen herbeiführen zu können.
Eine einfache Ausgestaltung eines Formsteins 1' ist in 10 dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen Formstein 1' mit rundem oder polygonalem Querschnitt, wobei der Formstein 1' insbesondere aus gebundenen Hochtemperaturkoks und/oder Graphit ausgebildet ist. Zur besseren Durchströmung einer aus derartigen Formsteinen 1' aufgebauten Schüttung in einem Kupolofen ist vorgesehen, dass der Formstein 1' eine in seiner Längsrichtung verlaufende Öffnung 25 aufweist. Ein derartiger Formstein 1' kann selbstverständlich auch aus anderen Energieträgern und insbesondere auch aus Schmelze bildenden Materialien aufgebaut, insbesondere gepresst werden. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Formsteins 1', der einen runden oder polygonalen Querschnitt haben kann. Der Formstein 1' gemäß 11 hat zwei Scheibenabschnitte 27 und einen Mittelabschnitt 26, wobei der Durchmesser bzw. die Breite des Mit telabschnitts 26 geringer ist, als der Durchmesser bzw. die Breite der Scheibenabschnitte 27. Die Scheibenabschnitte 27 haben an ihrem dem Mittelabschnitt 26 zugewandten Ende eine Schrägfläche 28, wobei der Mittelabschnitt 26 zentrisch zu den Scheibenabschnitten 27 ausgerichtet ist.
Quer zur Längsachse des Mittelabschnitts 26 ist eine Öffnung 25 vorgesehen, die wiederum der Verbesserung der Durchströmbarkeit einer aus derartigen Formsteinen 1' gebildete Schüttung in einem Kupolofen dient.
12 zeigt einen Formstein 1' mit polygonalem oder kreisrundem Querschnitt, der aus mehreren Scheiben 29, 30 und 31 besteht, wobei die Scheiben 29, 30 und 31 konzentrisch zueinander angeordnet sind und unterschiedliche Durchmesser bzw. Breiten aufweisen, so dass sich ein treppenförmiger Aufbau des Formsteins 1' ergibt. Die Scheiben 29 bis 31 weisen einen umlaufenden Randwulst auf, der die Kantenfestigkeit der Scheiben 29 bis 31 erhöht. Durch diesen Randwulst wird ferner auch die Lage eines derartigen Formsteins 1' innerhalb einer Ofenschüttung stabilisiert. Zentrisch kann der Formstein 1' wiederum eine Öffnung 25 zur Verbesserung der Durchströmbarkeit des Formsteins 1' bzw. eine aus mehreren Formsteinen 1' gebildeten Schüttung in einem Kupolofen aufweisen. Derartige Öffnungen 25 dienen auch der Verbesserung der Wärmeübertragung, da der Formstein 1' durch die Öffnungen auch von innen erwärmt wird. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, mehr als eine Öffnung 25 in einem entsprechenden Formstein 1' vorzusehen. Über die Öffnung 25 kann weiterhin Feuchtigkeit aus dem Formstein 1' entweichen.
In den 13 und 14 ist eine weitere Ausführungsform eines Formsteins 1' dargestellt, wobei die 14 eine Draufsicht und die 13 eine geschnitten dargestellte Seitenansicht des Formsteins 1' gemäß 14 zeigt. Der Formstein 1' gemäß den 13 und 14 ist im Querschnitt im Wesentlichen elliptisch ausgebildet und besteht aus einem hinsichtlich seiner Dichte homogenen Körper oder aus einem Körper mit partiell unterschiedlicher Masse.
In seinem Mittelbereich weist der Formstein 1' eine Öffnung 25 zu den voranstehend bereits dargestellten Zwecken auf. Neben der dargestellten elliptischen Ausgestaltung des Formsteins 1' sind auch weitere Formgebungen bis hin zu Rotationsellipsoiden möglich. Der Vorteil derartiger Formsteine 1' mit elliptischem Querschnitt besteht darin, dass derartige Formsteine 1' in einer stabilen Flachlagerung im Kupolofen angeordnet werden können. Daher sind die Öffnungen 25 bei derartigen Formsteine 1' auch rechtwinklig zur Längserstreckung der Formsteine 1' ausgerichtet.
15 zeigt eine weitere einfache Ausführungsform eines Formsteins 1', der sich in besonderer Weise für die hier in Rede stehende Verwendung eignet. Der Formstein 1' gemäß 15 hat die an sich bekannte Form eines Hausbrandbriketts und ist daher gut stapel- und transportfähig. Durch seine Formgebung bilden mehrere Formsteine 1' eine hochdurchlässige Schüttung in einem Kupolofen. Eine weitere Ausführungsform eines Formsteins 1' ist in den 16 bis 18 dargestellt. Dieser Formstein 1' eignet sich insbesondere für das Einsetzen in den Kupolofen und kann sowohl als Hybridformkörper, wie auch als monolithischer Formstein 1', d.h. primär Schmelze bildend oder als Energieträger ausgebildet sein. Der Formstein 1' weist sechs Flächen 32 auf, in denen Gasführungskanäle 33 ausgebildet sind. Die Gasführungskanäle 33 sind zur Flächen 32 hin geöffnet und verbinden jeweils gegenüberliegend angeordnete und parallel zueinander ausgerichtete Flächen 32.
Die großen Oberflächen 32 weisen jeweils vier Gasführungskanäle 33 auf, von denen jeweils zwei parallel verlaufend ausgerichtet sind. In den als Schmalseiten ausgebildeten Flächen 32 sind jeweils zwei Gasführungskanäle 33 ausgebildet.
Im Bereich von Kreuzungspunkten der rechtwinklig zueinander ausgerichteten Gasführungskanäle 33 der als große Oberflächen ausgebildeten Flächen 32 sind darüber hinaus Bohrungen 34 angeordnet, die beispielsweise einen ovalen, runden oder kleeblattförmigen Querschnitt aufweisen. Die Bohrungen 34 verbinden gegenüberliegende Flächen 32 miteinander.
Der Formstein 1' gemäß den 16 bis 18 kann eine Höhe zwischen 50 und 500 mm und Seitenlängen zwischen 150 und 500 mm aufweisen. Vorzugsweise weist der Formstein 1' gemäß den 16 bis 18 eine quadratische Grundflä che auf, wobei in 16 die Umhüllung ergänzend als eine an den Flächen 32 anhaftende Beschichtung 35 aus beispielsweise einem Bindemittel, wie insbesondere ein Zementleim dargestellt ist. Das Bindemittel kann ergänzend gemahlene Dämmstofffasern aufweisen, um die Abriebfestigkeit des Formkörpers 1 zu erhöhen. Gemäß 16 ist diese Beschichtung 35 lediglich im Bereich einer Hälfte auf den als Schmalseiten ausgebildeten Flächen 32 des Formsteins 1' angeordnet. Die Beschichtung 35 dient somit ebenfalls zu einer Verlagerung des Schwerpunktes des Formkörpers 1, so dass der Formkörper 1 bei der Beaufschlagung eines Kupolofens in bestimmter Anordnung ausgerichtet wird.
In den 19 und 20 ist eine weitere Ausführungsform eines Formsteins 1' dargestellt, der im Bereich seiner beiden großen Oberflächen 36 im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ausgebildete Nuten 37 aufweist. Diese Nuten 37 dienen wiederum der Führung von Luft und Gas während dem Schmelzprozess innerhalb des Kupolofens. Im Übrigen ist der Formstein 1' gemäß den 19 und 20 quaderförmig ausgebildet.
Schließlich zeigt 21 ein Element 39, welches einen Formkörper 1 in einer Ummantelung 4 aufweist, wobei die Ummantelung 4 mit dem darin angeordneten Formstein 1' ein Zentralelement 38 bildet, an welches kleinere Elemente 40 über Stege 41 angeschlossen sind.
Die kleineren Elemente 40 entsprechen in ihrem Aufbau dem Zentralelement 38 und haben demzufolge ebenfalls einen Formstein 1' in einer Ummantelung 4. Die Ummantelung 4 besteht jeweils aus einer Schmelze bildenden Masse, während der Formstein 1' einen Energieträger darstellt. Mit einer Vielzahl von Elementen 39 gemäß 21 lässt sich eine sehr permeable Ofenfüllung herstellen.

Claims

Formkörper für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle, bestehend aus einem Primär- oder Sekundärenergieträger, wie beispielsweise Koks und/oder aus zu Mineralfasern zu schmelzenden und zu zerfasernden Primär- und/oder Sekundärrohstoffen, wie Diabas oder Basalt sowie Kalkgestein und/oder Dolomit bzw. Schlacken, insbesondere Schlacken aus der Eisenindustrie, beispielsweise Hochofenschlacken als Korrekturstoffe und/oder Recyclingmaterial aus Mineralfaserdämmstoffen, insbesondere rückgebaute Mineralfaserdämmstoffe und/oder produktionsbedingte Abfallstoffe in Form vom Mineralfaserdämmstoffen, die zerkleinert und zu einem Formstein geformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') zumindest in einer großen Körperachse (x, y, z) im Querschnitt kreisförmig, ellipsenförmig oder regelmäßig kreisbogenförmig ausgebildet ist.
Formkörper für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle, bestehend aus einem Primär- oder Sekundärenergieträger, wie beispielsweise Koks und/oder aus zu Mineralfasern zu schmelzenden und zu zerfasernden Primär- und/oder Sekundärrohstoffen, wie Diabas oder Basalt sowie Kalkgestein und/oder Dolomit bzw. Schlacken, insbesondere Schlacken aus der Eisenindustrie, beispielsweise Hochofenschlacken als Korrekturstoffe und/oder Recyclingmaterial aus Mineralfaserdämmstoffen, insbesondere rückgebaute Mineralfaserdämmstoffe und/oder produktionsbedingte Abfallstoffe in Form vom Mineralfaserdämmstoffen, die zerkleinert und zu einem Formstein geformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') zumindest in einer großen Körperachse (x, y, z) im Querschnitt polygonal ausgebildet ist, wobei der Formstein (1') Flächen aufweist, die in stumpfen Winkeln aufeinander zulaufen.
Formkörper für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle, bestehend aus einem Primär- oder Sekundärenergieträger, wie beispielsweise Koks und/oder aus zu Mineralfasern zu schmelzenden und zu zerfasernden Primär- und/oder Sekundärrohstoffen, wie Diabas oder Basalt sowie Kalkgestein und/oder Dolomit bzw. Schlacken, insbesondere Schlacken aus der Eisenindustrie, beispielsweise Hochofenschlacken als Korrekturstoffe und/oder Recyclingmaterial aus Mineralfaserdämmstoffen, insbesondere rückgebaute Mineralfaserdämmstoffe und/oder produktionsbedingte Abfallstoffe in Form vom Mineralfaserdämmstoffen, die zerkleinert und zu einem Formstein geformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') als Würfel mit einer Kantenlänge von mehr als 200 mm, insbesondere bis zu 300 mm, vorzugsweise zwischen 200 und 250 mm ausgebildet ist.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') einen Überzug (35) aus einem Bindemittel aufweist.
Formkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus Zementleim besteht und in einer insbesondere dünnen Schicht voll- oder teilflächig aufgetragen ist.
Formkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel gemahlene Dämmstofffasern, vorzugsweise bis zu 20 Masse-%, insbesondere bis zu 8 Masse-% des Bindemittels enthält.
Formkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus Wasserglas-, Phosphatbinder, Phosphatzement als Mischung aus Metalloxiden mit Phosphorsäure und/oder organisch modifizierten Silanen besteht, das vorzugsweise als Überzug bei einer kohlenstoffhaltigen Fraktion aus Hochtemperaturkoks, Petrolkoks, Pechkoks und/oder Graphit vorgesehen ist.
Formkörper einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') als eine tragfähigen und/oder temperaturbeständigen Ummantelung (4) für die Aufnahme einer Füllung (12) ausgebildet ist.
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) einen Aufnahmeraum (5) mit einem Volumen aufweist, das größer ist, als das Volumen der Füllung (12), welche die kohlenstoffhaltige Fraktion umfasst, wobei das Volumenverhältnis von einem Anteil von in der kohlenstoffhaltigen Fraktion enthaltenen, bei Erwärmung flüchtigen Bestandteilen abhängig ist.
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (12) in brikettierter Form oder als Schüttung in der Ummantelung (4) angeordnet ist.
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) zumindest in Teilbereichen eine Luftdurchlässigkeit für die kontrollierte Entgasung der Füllung (12) aufweist.
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) aus einer Gesteinsfraktion, insbesondere aus für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, vorzugsweise aus Steinwolle, ge eignetem Gestein und/oder Sekundärrohstoffen besteht, die mit hydraulischen Bindemitteln gebunden sind.
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) eine Außenmantelfläche aufweist, auf der eine, insbesondere feinkörnige Gesteine und/oder Mineralfasern aufweisende Überzugsschicht aus hydraulischen Bindemitteln angeordnet ist.
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) eine Öffnung aufweist, die mit einem Deckel (11) verschließbar ist.
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) aus haufwerkporigem Mörtel und/oder Beton mit Zuschlägen aus Gesteinen, Schlacken und/oder Mineralfasern besteht, wobei die Zuschläge mit hydraulisch erhärtenden Bindemitteln, insbesondere mit Portlandzement gebunden sind.
Formkörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch erhärtenden Bindemittel teilweise durch hydraulisch abbindende oder latent hydraulische Sekundärrohstoffe bzw. durch latent hydraulische Puzzolane, Tuffen mit Anregern, insbesondere freien Kalk enthaltende Stoffe, beispielsweise Kallkhydrat oder Zement, substituiert sind.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') und/oder die Ummantelung (4) eine Länge und einen Durchmesser aufweisen, deren Verhältnis zueinander 1:1, vorzugsweise 1,2:1 bis 2,5:1 beträgt.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') und/oder die Ummantelung (4) einen Schwerpunkt aufweist, der außermittig auf der Längsachse angeordnet ist.
Formkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise aus einem mit dem Material der Ummantelung (4) übereinstimmenden Material ausgebildete Deckel (11) nach dem Einfüllen der Füllung (12) mit derselben verpresst ist.
Formkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) eine Ausnehmung (14) aufweist, die der Aufnahme des Deckels (11) dient.
Formkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (11) zumindest eine Sollbruchstelle aufweist, an der der Deckel (11) bei einem bestimmten Druck zerbricht.
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) zumindest zwei Kammern zur Aufnahme unterschiedlicher Füllungen (12) aufweist.
Formkörper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern durch eine Wandung (15) aus gemahlenen Mineralfasern und/oder aus mit dem Material der Ummantelung (4) übereinstimmenden zementgebundenen Pressmassen getrennt sind.
Formkörper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern quer zur Längsachse der Ummantelung (4) unterteilt sind.
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) durch parallel zur Längsachse verlaufende Trennwände (18) in einzelne Kammern unterteilt ist
Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (4) im Bereich einer Wandung eine Lochscheibe oder zumindest eine Öffnung (19) aufweist, über die flüchtige Bestandteile austreten können.
Formkörper nach Anspruch 1 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') und/oder die Ummantelung (4) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1, 2 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') und/oder die Ummantelung (4) einen zylindrischen oder prismenförmigen Querschnitt hat.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') und/oder die Ummantelung (4) eine gewölbte bis halbkugelförmige Stirnfläche
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 8 und/oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') und/oder die Ummantelung (4) eine insbesondere der Stirnfläche gegenüberliegend angeordnete Aufstandfläche hat.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') und/oder die Ummantelung (4) die Form eines rhombischen Disphenoiden aufweist.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') eine mit einem Bindemittel gebundene feinkörnige und kohlenstoffhaltige Fraktion aufweist, wobei die kohlenstoffhaltige Fraktion eine maximale Korngröße von 50 mm hat, wobei zumindest 50 Masse-% der kohlenstoffhaltigen Fraktion eine Korngröße ≤ 25 mm aufweist, so dass die gröberen Bestandteile ein Stützgerüst bilden, während die feineren Bestandteile mit einer Korngröße ≤ 25 mm die Zwischenräume ausfüllen und wobei die kohlenstoffhaltige Fraktion und das Bindemittel eine Packungsdichte ≥ 1.250 kg/m³ aufweist.
Formkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltige Fraktion feinkörnig ausgebildet ist und aus Koks, Graphit und/oder kohlenstoffhaltigen Verbindungen, insbesondere feuerfesten Ausbruchstoffen oder anodischen Auskleidungen von Schmelzöfen und/oder vorzugsweise verbrauchtem Elektrodenmaterial besteht.
Formkörper nach Anspruch 32 dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel thermisch stabil ausgebildet ist und vorzugsweise aus Portlandzement, Portlandölschieferzement, Tonerdeschmelzzement und/oder latenthydraulischen Stoffen mit Anregern, insbesondere freien Kalk enthaltende Stoffe, beispielsweise Kallkhydrat oder Zement besteht.
Formkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltige Fraktion und/oder das Bindemittel redispergierbare Netzmittel, beispielsweise oberflächenaktive Substanzen und/oder haft vermittelnde und/oder festigkeitserhöhende redispergierbare Kunststoffe, wie beispielsweise Acrylat, Styrolacrylat und/oder Copolymerisate aufweist.
Formkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltige Fraktion mit 12 bis 30 Masse-%, insbesondere mit 15 bis 25 Masse-% Bindemittel gebunden ist.
Formkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass neben der kohlenstoffhaltigen Fraktion und dem Bindemittel ein Stützkorn mit einer Korngrößer von weniger als 25 mm, insbesondere von weniger als 10 mm in einem Anteil von weniger als 30 Masse-% enthalten ist.
Formkörper nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützkorn aus für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle, geeignetem Gestein und/oder aus Sekundärrohstoffen besteht.
Formkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltige Fraktion aus einem Anteil von weniger als 30 Masse-% Schwelkoks und des weiteren aus Gießereikoks und/oder Graphit besteht, wobei das Stützgerüst aus festem und dichtem Hochtemperaturkoks und/oder Graphit ausgebildet ist, der vorzugsweise durch Stützkorn aus für die Erzeugung einer zu zerfasernden mineralischen Schmelze zur Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, insbesondere aus Steinwolle, geeignetem Gestein und/oder aus Sekundärrohstoffen ergänzt ist.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Formsteine (1') identischer oder unterschiedlicher Formge bung satellitenartig um einen zentralen Formstein (1') angeordnet und mit dem zentralen Formstein (1') verbunden sind.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') und/oder die Ummantelung (4) in seiner bzw. ihrer Außenmantelfläche (32) einseitig offene Gasführungskanäle (33) und/oder Nuten (37) aufweist.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstein (1') und/oder die Ummantelung (4) Bohrungen (34) hat, die beiden Enden offen sind und gegenüberliegend angeordnete Flächen (32) verbinden.