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Abstract

Beim Stand der Technik erfolgt die Herstellung von Zementklinker durch Calcinierung von Kalkstein unter Zusatz von Sand und Tonerde in einem Drehrohrofen. Anschließend wird das Ausgangsprodukt (Klinker) mit granulierter Asche einer Schlacke vermischt. Gemäß der Erfindung wird die Schlacke nicht zum Klinker, sondern zum Kalkstein/CaO in flüssiger Konsistenz eingebracht, was eine beachtliche Energieeinsparung und eine bessere CO2-Bilanz ergibt.In the prior art, the production of cement clinker is carried out by calcination of limestone with the addition of sand and clay in a rotary kiln. Subsequently, the starting material (clinker) is mixed with granulated ash of a slag. According to the invention, the slag is not introduced to the clinker, but to the limestone / CaO in liquid consistency, resulting in a considerable energy saving and a better CO 2 balance.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker.The The invention relates to a process for producing cement clinker.

Zement besteht bekanntermaßen aus einer Mischung von Calciumoxid (CaO), Siliciumoxid (SiO2) und Aluminiumoxid (Al2O3) und ggf. weiteren Additiven wie Magnesiumoxid (MgO) und Eisenoxid (Fe2O3), wobei ein Sintern bzw. Brennen der aufbereiteten Rohstoffe in einem so genannten Rohrofen („rotary kiln”) erfolgt. Die Eigenschaften des Zementklinkers werden hauptsächlich durch das Masseverhältnis von Calciumoxid (CaO) und Siliciumoxid (SiO2) bestimmt.Cement is known to consist of a mixture of calcium oxide (CaO), silicon oxide (SiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and optionally other additives such as magnesium oxide (MgO) and iron oxide (Fe 2 O 3 ), wherein a sintering or burning The processed raw materials are processed in a so-called "tube kiln"("rotarykiln"). The properties of the cement clinker are mainly determined by the mass ratio of calcium oxide (CaO) and silicon oxide (SiO 2 ).

Die Herstellung des Zementklinkers ist energieaufwändig. Ein Großteil des Energieaufwandes bei der Zementherstellung wird zur Herstellung von CaO aus dem natürlichen Rohstoff „Kalkstein”, der Calciumcarbonat (CaCO3) enthält, durch Austreiben („Calcinieren/Entsäuern”) des CO2 bei 800–900°C benötigt. Deshalb wird ein stetig steigender Anteil des energieaufwendig herzustellenden Zementklinkers, der durch Versintern von CaO mit SiO2 und geringeren Mengen von Al2O3, MgO und Fe2O3 bei 1400°C entsteht, durch granulierte Hochofenschlacke mit im Wesentlichen gleichen Komponenten ersetzt.The production of cement clinker is energy-consuming. Much of the energy used in cement production is needed to produce CaO from the natural raw material "limestone", which contains calcium carbonate (CaCO3), by expelling ("calcining / deacidifying") the CO 2 at 800-900 ° C. Therefore, a steadily increasing proportion of the energy-consuming cement clinker produced by sintering CaO with SiO 2 and smaller amounts of Al 2 O 3 , MgO and Fe 2 O 3 at 1400 ° C is replaced by granulated blast furnace slag with substantially the same components.

Speziell die Hochofenschlacke hat jedoch einen niedrigeren Ca-Gehalt, was den Aushärtungsprozess des Zementklinkers verlängert. Deshalb kann für ausreichend kurze Aushärtezeiten auf den Ca-reicheren und energieintensiv herzustellenden Klinkeranteil nicht verzichtet werden.specially However, the blast furnace slag has a lower Ca content, which the curing process of the cement clinker extended. That is why for sufficiently short curing times on the Ca richer and energy-intensive to produce clinker not be waived.

Bisher werden ein höherer Klinkerbedarf und damit ein höherer Energiebedarf bei der Zementherstellung in Kauf genommen Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Zement anzugeben, bei dem der Energiebedarf verringert wird.So far become a higher one Clinker needs and thus a higher Energy requirement in the cement production accepted task the invention is to provide a method for the production of cement, in which the energy requirement is reduced.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruches 11. Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The Task is inventively by the measures of claim 1. An associated one Device is the subject of claim 11. Further developments of the method and the associated Device emerge from the dependent claims.

Bei der Erfindung ergeben sich durch die Integration der Zementherstellung mit dem Anfall von Schlacke erhebliche Vorteile. Bisher wurde die flüssige Hochofenschlacke ohne Nutzung des Wärmeinhaltes abgekühlt: Dies erfolgt entweder langsam im sogenannten Schlackenbeet, um Stückschlacke z. B. für den Straßenbau zu erhalten, oder rasch durch Abschrecken mit großen Wassermengen, damit die Schlacke durch innere Spannungen zu einem größtenteils glasartigen Granulat, dem sogenannten Hüttensand, zerbröselt, der in dieser Form dann als Klinkerersatz in die Zementherstellung geht.at The invention results from the integration of cement production with the accumulation of slag considerable advantages. So far, the liquid Blast furnace slag cooled without using the heat content: This takes place either slowly in the so-called slag bed, to piece slag z. For example the road construction or rapidly by quenching with large volumes of water, so that the slag due to internal tensions to a large extent glassy granules, the so-called granulated slag, crumbles, the in this form then goes as clinker replacement in cement production.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß insbesondere die Hochofenschlacke im flüssigen Zustand mit Kalksteinmehl in Kontakt gebracht, so dass die Calzinierung („calcination”) unter Nutzung des Wärmeinhaltes der Schlacke abläuft. Geschieht der Wärmeübertrag durch unmittelbaren Kontakt zwischen Schlacke und Kalksteinmehl, kann einerseits das freigesetzte CO2 die Schmelze auflockern, andererseits kann das pulverförmige CaO sofort mit der flüssigen Schlacke die Zement-typischen Verbindungen bilden, ohne einen zusätzlichen Sinterprozess zu erfordern. Auf diese Weise wird die Schlacke ohne weiteren Energieverbrauch mit Ca angereichert.In contrast, will particularly according to the invention the blast furnace slag in the liquid Condition brought into contact with limestone powder, so that the calcination ("Calcination") under Use of heat content the slag runs off. Happens the heat transfer by direct contact between slag and limestone powder, On the one hand, the released CO2 can loosen the melt, on the other hand can the powdery CaO immediately with the liquid Slag form the cement-typical compounds, without an additional Require sintering process. In this way, the slag without further Energy consumption enriched with Ca.

Mit der Erfindung wird ein Teilschritt der energieintensiven Zementherstellung vom Zementwerk ins Hüttenwerk verlagert. Dadurch kann dort anfallende Wärmeenergie, die bisher im Hüttenwerk nicht genutzt wurde zur Brennstoffeinsparung und zur CO2-Vermeidung im Zementwerk dienen.With the invention, a sub-step of energy-intensive cement production is shifted from cement plant to steel mill. As a result, there can be used thermal energy, which was previously not used in the steelworks for fuel savings and CO 2 avoidance in the cement works.

Anstatt von Hochofenschlacke kann für den erfindungsgemäßen Prozess auch Stahlwerksschlacke, wie sie insbesondere in Elektroöfen anfällt, verwendet werdenInstead of from blast furnace slag can for the process according to the invention also steelworks slag, as obtained in particular in electric furnaces used become

Mit der Erfindung ergibt sich – über die gesamte Prozesskette betrachtet – durch die Nutzung der Abwärme der Schlacke vorteilhafterweise nicht nur eine beachtliche Energieeinsparung, sondern aufgrund der verringerten CO2-Emissionen auch eine deutlich verbesserte CO2-Bilanz, der im Rahmen der globalen Klimaänderungen derzeit ein besonders hoher Stellenwert zugemessen wird.By using the waste heat of the slag, the invention advantageously provides not only a considerable energy saving, but also a significantly improved CO 2 balance due to the reduced CO 2 emissions, which is currently present in the context of global climate changes particularly high priority.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Patentansprüchen.Further Details and advantages of the invention will become apparent from the following Description of the figures of exemplary embodiments in conjunction with the claims.

Es zeigenIt demonstrate

1 ein Verfahrensschema zur Herstellung von Zement nach dem Stand der Technik und 1 a process scheme for the production of cement according to the prior art and

2 die Vorgehensweise bei der Erfindung. 2 the procedure in the invention.

Die beiden Figuren werden weitestgehend gemeinsam beschrieben.The Both figures are largely described together.

Die Herstellung von Zement ist vom Stand der Technik bekannt. Hierzu wird ein Drehrohrofen (sog. „rotarg kiln”) verwendet, der in 1 mit 10 bezeichnet wird. Dem Eingang des Drehrohrofens 10 wird ein Gemisch aus Sand als Basis für Siliziumdioxid (SiO2) und Tonerde als Basis für Aluminiumoxid (Al2O3) und Eisenoxide (FeOx) zugeführt. Weiterhin werden dem Drehrohrofen 10 Kalkstein, der Calciumcarbonat (CaCO3) enthält, als Basis für Calciumoxid (CaO) zugeführt. Entsprechende Funktionseinheiten sind mit 11 und 12 bezeichnet.The production of cement is known from the prior art. For this purpose, a rotary kiln (so-called "Rotarg kiln") is used, which in 1 With 10 referred to as. The entrance of the rotary kiln 10 is a mixture of sand as the basis for silica (SiO 2 ) and alumina as a base for alumina (Al 2 O 3 ) and iron oxides (FeOx) supplied. Furthermore, the rotary kiln 10 Limestone containing calcium carbonate (CaCO 3 ) supplied as a base for calcium oxide (CaO). Corresponding functional units are with 11 and 12 designated.

Auf Beimengungen anderer Verbindungen, die Magnesium (Mg), Natrium (Na), Kalium (K) und/oder Schwefel (S) enthalten, wird nicht im Einzelnen eingegangen.On Additions of other compounds containing magnesium (Mg), sodium (Na), Potassium (K) and / or sulfur (S) are not described in detail received.

Im Drehrohrofen 10 oder einem vorgelagerten querbeheizten „Calcinator” erfolgt zunächst ein in der Praxis als „Entsäuerung” bezeichneter Prozess, die so genannte Calcinierung, wobei bei einer Temperatur zwischen 600 und 1000°C das CO2 ausgetrieben wird. Anschließend erfolgt eine Sinterung bei etwa 1450°C. Dazu wird dem Drehrohrofen 10 Wärmeenergie Q zugeführt, wobei weiteres Abgas mit CO2 entsteht. Das CO2 wird im Normalfall, d. h. beim Stand der Technik, an die Umgebung abgegeben, wobei gegebenenfalls vorher eine Gasreinigung erfolgt.In the rotary kiln 10 or an upstream cross-heated "Calcinator" first takes place in practice called "deacidification" process, the so-called calcination, wherein at a temperature between 600 and 1000 ° C, the CO 2 is expelled. This is followed by sintering at about 1450 ° C. This is the rotary kiln 10 Heat energy Q supplied, whereby further exhaust gas with CO 2 is formed. The CO 2 is discharged in the normal case, ie in the prior art, to the environment, optionally before a gas cleaning takes place.

Das Produkt des Drehrohrofens 10 ist der so genannte Klinker. Bei dem Klinker kommt es wesentlich auf das Massenverhältnis von Calciumoxid und Siliziumoxid an, das durch den Faktor α = m(CaO)/m(SiO2) (1)gegeben ist. Anstelle von m(CaO) wird gegebenenfalls auch [m(CaO) + m(MgO)] zur Berechnung von α herangezogen.The product of the rotary kiln 10 is the so-called clinker. In the clinker, it depends significantly on the mass ratio of calcium oxide and silicon oxide, by the factor α = m (CaO) / m (SiO 2 ) (1) given is. Instead of m (CaO), [m (CaO) + m (MgO)] may also be used to calculate α.

Der Klinker hat im Normalfall ein α ≥ 2. Es erfolgt ein Mahlen und anschließendes Mischen mit den bekannten Additiven, wobei insbesondere das Granulat einer bei einem Hochofenprozess entstehenden Schlacke zugeführt wird. Das Verfahrensergebnis nach dem Mischen – auch mit geringen Mengen von Zuschlagstoffen – ist der Zement, der insbesondere zur weiteren Verwendung in der Bauindustrie als Mörtel und/oder Beton vorgesehen ist.Of the Clinker normally has an α ≥ 2. It takes place a grinding and subsequent Mixing with the known additives, in particular the granules a resulting slag in a blast furnace process is supplied. The result of the process after mixing - even with small amounts of aggregates - is the cement, in particular for further use in the construction industry as mortar and / or concrete is provided.

Die in einem konventionellen Hochofenprozess anfallende flüssige Schlacke 1 enthält CaO, MgO, SiO2, Al2O3 und FeOx, wobei der oben definierte Faktor α zwischen 1 und 1,5 liegt. Zur weiteren Verwendung der Schlacke für die Zementherstellung erfolgt bisher eine Wasserabkühlung entsprechend Bezugszei chen 3, um Hüttensand zu gewinnen. Anschließend wird die Asche mit dem Klinker vermahlen, wie vorstehend bereits im Einzelnen beschrieben.The liquid slag produced in a conventional blast furnace process 1 contains CaO, MgO, SiO 2 , Al 2 O 3 and FeOx, wherein the above-defined factor α is between 1 and 1.5. For further use of the slag for the cement production is done so far a water cooling according Bezugszei chen 3 to win blastfurnace slag. Subsequently, the ashes are ground with the clinker, as already described in detail above.

Gemäß 2 wird der Schlacke im geschmolzenen Zustand pulverförmiges CaO zugegeben, um den Faktor α zu erhöhen. Dazu wird zunächst zumindest ein Teil des Kalksteinmehls durch die Abwärme der gebildeten und schließlich auf ca. 100°C als kühlenden Klinkens erwärmt und entsäuert.According to 2 In the molten state, powdered CaO is added to the slag to increase the factor α. For this purpose, at least a portion of the limestone powder is first heated by the waste heat of the formed and finally to about 100 ° C as a cooling Klinkens and deacidified.

Reicht der Wärmeinhalt der flüssigen Schlacke nicht aus, um den Wärmebedarf der Folgeprozesse – Erwärmung auf Entsäuerungstemperatur, Entsäuerung, Erwärmung auf Sintertemperatur – zu decken, so muss gegebenenfalls zugeheizt werden. Dadurch wird das CO2 entsprechend 1 ausgetrieben und die Festkörperreaktion ermöglicht.If the heat content of the liquid slag is insufficient to cover the heat requirement of the subsequent processes - heating to deacidification temperature, deacidification, heating to sintering temperature - then it may be necessary to heat up. As a result, the CO 2 is corresponding 1 expelled and the solid state reaction allows.

Schließlich werden entsprechend 2 noch weitere Additive zugegeben, so dass nach dem Mischen nunmehr der fertige Zementklinker entsteht.Finally, be appropriate 2 added further additives, so that now arises after mixing the finished cement clinker.

Insgesamt ergibt sich dadurch nunmehr ein geringerer Energieeinsatz, da der Wärmeinhalt der flüssigen Schlacke verwertet wird und ein Zuheizen entweder vollkommen überflüssig wird oder aber zumindest minimiert werden kann. Dadurch ist auch die CO2-Bilanz günstiger als beim Stand der Technik, so dass sich hier beachtliche Verbesserungen ergeben, die zur Verminderung der globalen, durch CO2-Emissionen verursachten Klimaveränderungen nutzbringend eingesetzt werden können.Overall, this results in a lower energy input, since the heat content of the liquid slag is utilized and heating is either completely superfluous or at least can be minimized. As a result, the CO 2 balance is more favorable than in the prior art, so that there are considerable improvements here that can be used to reduce the global climate change caused by CO 2 emissions.

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung von Zementklinker, dessen hydraulische Eigenschaften wesentlich durch das Masseverhältnis von Alkalioxid (CaO + MgO) und Siliziumoxid (SiO2) bestimmt werden, wobei die Mischung der Ausgangsstoffe, wie insbesondere Kalkstein mit Calciumcarbonat (CaCO3 + MgCO2) als Basis für Calciumoxid (CaO/MgO) sowie Sand als Basis für Siliziumoxid (SiO2) und weiterhin Tonerde (Lehm) als Basis für Aluminiumoxid (Al2O3 + SiO2) und weitere Additive gemahlen sowie entsäuert (calciniert) und zur Festkörperreaktion gebracht werden, und wobei die durchreagierte Mischung aus einer aus anderen metallurgischen Prozessen stammenden Schlacke besteht, die im Wesentlichen die gleichen Bestandteile wie Zementklinker hat, jedoch einen höheren CaO-Gehalt besitzt, mit folgenden Verfahrensschritten: – die Herstellung des Zementklinkers erfolgt in einem einzigen Wärmezyklus durch Zugabe der Schlacke im flüssigen Zustand, – womit nicht nur der Rohstoffgehalt, sondern auch der Wärmeinhalt der flüssigen Schlacke für die Zementherstellung genutzt wird.Process for the production of cement clinker whose hydraulic properties are determined essentially by the mass ratio of alkali metal oxide (CaO + MgO) and silicon oxide (SiO 2 ), the mixture of the starting materials, in particular limestone with calcium carbonate (CaCO 3 + MgCO 2 ) as the basis for Calcium oxide (CaO / MgO) and sand as the basis for silicon oxide (SiO 2 ) and further clay (clay) as a basis for aluminum oxide (Al 2 O 3 + SiO 2 ) and other additives ground and deacidified (calcined) and brought to solid-state reaction, and wherein the fully reacted mixture consists of a slag originating from other metallurgical processes, which has substantially the same constituents as cement clinker, but has a higher CaO content, with the following process steps: the cement clinker is produced in a single heat cycle by adding the Slag in the liquid state, - which not only the raw material content, but also the heat content of the liquid slag is used for cement production. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmezyklus einen einzigen Schmelzprozess beinhaltet.Method according to claim 1, characterized in that that the heat cycle involves a single melting process. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterstützender Heizprozess erfolgt.A method according to claim 2, characterized in that a supporting heating process he follows. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizprozess minimiert wird.Method according to claim 3, characterized that the heating process is minimized. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den einzigen Wärmezyklus die CO2- und/oder die Energie-Bilanz des Gesamt-Prozesses verbessert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the CO 2 - and / or the energy balance of the overall process is improved by the single heat cycle. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die CO2-Emissionen in die Atmosphäre minimiert werdenA method according to claim 5, characterized in that the CO 2 emissions are minimized in the atmosphere Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als flüssige Schlacke bei der Rohreisenerzeugung anfallende Schlacke verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as liquid Slag used in the production of iron ore resulting slag becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als flüssige Schlacke bei der Stahlerzeugung anfallende Schlacke verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that as liquid Slag used in steelmaking slag is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch gesteuerte Zugabe von Kalkstein der Faktor α entsprechend Gl. (1) α = m(CaO)/m(SiO2), (1)wobei m den jeweiligen Masseanteil bedeuten, gezielt eingestellt wird, insbesondere auf einen Wert α > 2.Method according to one of the preceding claims, characterized in that by controlled addition of limestone, the factor α corresponding to Eq. (1) α = m (CaO) / m (SiO 2 ), (1) where m denote the respective mass fraction, is set specifically, in particular to a value α> 2. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Gl. (1) m(Ca) durch m(CaO + MgO) entsprechend Gl. (1a) ersetzt wird: α = [m(CaO + MgO)]/m(SiO2) (1a) A method according to claim 9, characterized in that in Eq. (1) m (Ca) by m (CaO + MgO) according to Eq. (1a) is replaced: α = [m (CaO + MgO)] / m (SiO 2 2 ) (1a) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der flüssigen Schlacke weitere Additive verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in addition to the liquid slag further additives be used.
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