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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs aus mehreren Vorprodukten. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Zement aus Rohmehl und mindestens einem zweiten Vorprodukt.
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Zemente sind hydraulische Bindemittel aus den Bestandteilen Klinker, Gips in seiner Funktion als Abbinderegler sowie Kompositmaterialien. Als Kompositmaterialien können latent-puzzolane Materialien, wie beispielsweise Puzzolane, Flugasche oder Hüttensand sowie gefügeverbessernde Materialien, wie insbesondere Kalkstein, zum Einsatz kommen.
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Bei der Herstellung von Zement werden Rohmaterialien, insbesondere Kalkstein, Ton oder Mergel und gegebenenfalls Korrekturmaterialien, wie z.B. Quarzsand, zu Rohmehl gemahlen und anschließend in einem Klinkerofen zu Klinker gebrannt. Dabei bilden sich aus den Bestandteilen der Rohmaterialien Hochtemperaturphasen, wie insbesondere C3S, C2S, C3A, oder C4AF sowie weitere untergeordnete kristalline und – nur in Ausnahmefällen – auch amorphe Phasen (z.B. im Weißzementklinker) aus. Durch eine schnelle Abkühlung in einem sich an den Klinkerofen anschließenden Klinkerkühler werden diese Phasen metastabil bei Normalbedingungen erhalten.
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Nach seiner Herstellung wird der Klinker in ein Lager eingebracht und anschließend daraus wieder abgezogen, um durch gemeinsame oder getrennte Vermahlung mit einem Sulfatträger (als Erstarrungsregler) und eventuell weiteren Kompositmaterialien (insbesondere Kalkstein, Flugasche, Hüttensand, Puzzolane) zu Zement gemahlen zu werden.
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Typische physikalische Eigenschaften von Zementen sind die Festigkeitsentwicklung, das Abbindeverhalten und die Hydratationswärme. Nationale Normen, wie beispielsweise die EN 197, die EN 196, die ASTM C150, die ASTM C595 und die ASTM C1157, regeln die Zusammensetzung von Zementen und die in bestimmten Leistungsklassen zu erbringenden Mindest- und Maximalanforderungen. Dabei legen diese Normen auch die Wiederholfrequenzen der physikalischen Untersuchungen der Zemente im Rahmen von Eigenkontrollen in den Zementwerken fest. Zum Beispiel sind nach der EN 196-1 zwei physikalische Tests pro Woche gefordert.
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Bedingt durch die Probenahme, die personelle Besetzung der zur Auswertung genutzten Labors und die Dauer der Untersuchungen, insbesondere hinsichtlich der Festigkeitswerte nach einem Tag, zwei Tagen, sieben Tagen oder 28 Tagen, werden wichtige Kenngrößen zu den Eigenschaften hergestellter Zemente erst mit einem erheblichen Verzug nach der Herstellung und oft auch erst nach einer bereits erfolgten Auslieferung dieser Zemente bekannt.
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Um diese Problematik zu entschärfen, werden in Zementwerken regelmäßig aufwendige chemische und mineralogische Testverfahren eingesetzt, um Abweichungen der Eigenschaften des hergestellten Zements von Soll-Eigenschaften zeitnah zu erkennen und nach Möglichkeit zu korrigieren.
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Innerhalb der chemischen und mineralogischen Analysen weist die Freikalkanalyse eine besondere Bedeutung auf. Durch diese wird der Umsetzungsgrad der Rohmaterialien im Klinkerofen angezeigt. Ein Freikalkgehalt von kleiner zwei bis drei Gew.-% kennzeichnet, sofern weitere Sollwerte, wie insbesondere der Kalkstandard (KST), das Silikatmodul (SM) und das Aluminatmodul (AM), eingehalten werden, einen Klinker normaler Qualität und damit eine ausreichende Bildung von Hochtemperaturphasen. Ein Freikalkgehalt größer drei Gew.-% belegt dagegen einen unvollständigen Umsatz des Rohmehls zu den reaktiven Mineralphasen. Klinker mit erhöhtem Freikalkgehalt sind zum einen wegen einer erhöhten Vorhydratation durch Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Luft problematisch zu lagern. Bei einem erhöhten Freikalkgehalt ist zudem die Reaktivität des Klinkers durch fehlende Klinkerphasen erniedrigt. Grundsätzlich ist ein solcher Klinker aufgrund der Volumenstabilität von Zement mit hohem Freikalkgehalt nicht oder nur bedingt zur Zementherstellung geeignet. Es kann jedoch vorgesehen sein, Klinker, der einen in Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwendung des herzustellenden Zements definierten Grenzwert für den Freikalkgehalt überschreitet, in ein sogenanntes Bypasssilo (Schwachbrandsilo) einzulagern und anschließend in geringen Mengen nachträglich gebranntem Klinker mit unterhalb des Grenzwert liegendem Freikalkgehalt zur Weiterverarbeitung zu Zement zuzusetzen. Der Freikalkgehalt ist nur eines von mehreren Qualitätskriterien für Klinker. Beispielsweise können auch Spurenelemente die Reaktivität von Klinker positiv oder negativ beeinflussen. Beispiele für solche Spurenelemente sind Phosphor aus Tiermehl, Schwefel aus beispielsweise Petcoke sowie Fluor aus Rohmaterialien oder einer Zugabe zum Rohmaterial. Diese Elemente beeinflussen sowohl die Klinkerphasenbildung als auch die Reaktivität des Zements:
Die im Klinkerofen unter erhöhtem Phosphorgehalt gebildete stabile Phase C3P ist isotyp mit dem Klinkermineral C2S. C3P und C2S treten innerhalb der Belitkristalle submikroskopisch verwachsen auf. Analytisch sind beide bei üblichen geringen Spurenelementgehalten nicht einzeln nachweisbar. Klinker, die einen relativ hohen Anteil an Phosphor umfassen, weisen in der Regel eine ungünstige Festigkeitsentwicklung auf und sind durch einen niedrigeren C3S-Gehalt kennzeichnet.
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Schwefel wird durch schwefelreiche Kohle oder Petcoke oder schwefelreiche Rohmaterialien in den Herstellungsprozess eingetragen. Schwefel ersetzt durch gekoppelte Substitution teilweise Ca-Si-Verbindungen durch Al-S-Verbindungen in der C2S-Phase. Durch den zusätzlichen Einbau von Schwefel und Aluminium steigt daher der C2S-Anteil im Klinker an. Durch die erhöhte Bildung von C2S wird zusätzlicher Freikalk verbraucht und der C3S-Gehalt ohne die Bildung von Freikalk verringert. Derartige Klinker sind häufig durch einen erhöhten Mahlwiderstand gekennzeichnet. Ein Klinker mit schwefelreichem C2S weist aufgrund der geringeren C3S-Gehalte eine geringere Reaktivität auf.
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Fluor verbessert im Klinkerprozess die C3S-Phasenbildung. Fluor wird aus diesem Grund gelegentlich bei der Klinkerproduktion zugesetzt, um einen Klinker mit verbessertem C3S-Gehalt zu erzeugen. Auch ein solcher Klinker weist in der Regel keinen Freikalk auf. Allerdings werden bei einer Fehldosierung von Fluor die physikalischen Eigenschaften Festigkeit und Abbindeverhalten gestört.
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Aus der
DE 103 44 040 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels und insbesondere von Zement bekannt, bei dem durch chemische und mineralogische Analysen das Rohmehl und/oder der Klinker nach der chemischen oder der mineralogischen Zusammensetzung differenziert zwischengelagert wird. Aus der Zwischenlagerung werden die Zwischenprodukte gezielt abgezogen, um daraus Zement mit definierten Eigenschaften herzustellen.
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Eine durch insbesondere eine Freikalkmessung ermittelte chemische/mineralogische Zusammensetzung zeigt eine tatsächliche Reaktivität des Klinkers nur indirekt an. Vielmehr kann aus dem Phasenbestand eine Reaktivität des Klinkers nur antizipiert werden. Chemische und mineralogische Untersuchungen können im Ergebnis somit nur eingeschränkt zur Prognose der tatsächlichen Zementeigenschaften genutzt werden, da dabei nur stoffliche Unterschiede ermittelt werden, die jedoch nicht zwangsläufig mit Reaktivitätsunterschieden korrelieren. Ein Nachteil der alleinigen Bestimmung der chemischen/mineralogischen Zusammensetzung von Zement oder seinen Vorprodukten ist folglich das Fehlen eines Messwerts zur Bestimmung der tatsächlichen Reaktivität des Zements oder der zur Herstellung des Zements genutzten Vorprodukte. Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Zement anzugeben, das eine möglichst vorteilhafte Einstellbarkeit von Eigenschaften des Zements ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs aus mehreren Vorprodukten, bei dem ein erstes Vorprodukt und mindestens ein zweites Vorprodukt zu dem Werkstoff vermischt werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vorprodukt, das zweite Vorprodukt und/oder der Werkstoff selbst zur Ermittlung der Reaktivität analysiert und differenziert nach der Reaktivität zwischengelagert wird. Daraufhin erfolgt ein (mengen-)gesteuerter Abzug des ersten Vorprodukts, des zweiten Vorprodukts und/oder des Werkstoffs aus der Lagerung und ein Vermischen der abgezogenen Mengen, um Werkstoff mit definierten Eigenschaften und insbesondere einer definierten Reaktivität zu erzeugen. Dabei können die definierten Eigenschaften insbesondere in einer möglichst gleichbleibenden, einem Sollwert entsprechenden Reaktivität des Werkstoffs im Rahmen einer fortlaufenden Herstellung liegen. Möglich ist auch die nacheinander erfolgende Herstellung von Chargen des Werkstoffs mit definiert unterschiedlicher Reaktivität.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere die hydraulische Reaktivität, d.h. die Ausprägung eines/der Vorprodukts/-e und/oder des Werkstoffs dahingehend, eine chemische Reaktion mit Wasser einzugehen, bestimmt werden.
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Bei dem Werkstoff kann es sich insbesondere um Zement handeln, da die durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft einstellbare Reaktivität des Werkstoffs insbesondere bei Zement ein relevantes Qualitätsmerkmal darstellt. Zudem ermöglicht eine Ausrichtung der Analyse der Vorprodukte und/oder des Werkstoffs auf deren Reaktivität eine relativ schnelle Bewertung, die es ermöglichen kann, auf Abweichungen von einem oder mehreren Sollwerten relativ kurzfristig (beispielsweise innerhalb von maximal 24 Stunden, gegebenenfalls auch schon innerhalb von sieben Stunden) zu reagieren, um den Herstellungsprozess entsprechend anzupassen. Insbesondere kann dadurch vermieden werden, dass die tatsächliche Reaktivität einer bereits hergestellten Charge eines Zements und damit gegebenenfalls eine Abweichung von einer Soll-Reaktivität erst nach einer Auslieferung dieser Charge des Zements bekannt wird.
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Sofern das erfindungsgemäße Verfahren der Herstellung von Zement dient, kann es sich bei dem ersten Vorprodukt um (Zement-)Rohmehl handeln, das im Rahmen einer thermischen Behandlung in einem Klinkerofen, der beispielsweise als Drehrohrofen ausgebildet sein kann, zu Klinker gebrannt wird. Der Klinker und das zweite Vorprodukt können dann (zusammen oder getrennt) in einer Zementmühle vermahlen und Dabei oder nachträglich zu Zement vermischt werden. Bei dem zweiten Vorprodukt kann es sich insbesondere um, Gips in seiner Funktion als Abbinderegler oder ein Kompositmaterial handeln. Als Kompositmaterial kann ein latent-puzzolanes Material, wie beispielsweise ein Puzzolan, Flugasche oder Hüttensand, sowie ein gefügeverbesserndes Material, wie insbesondere Kalkstein, zum Einsatz kommen.
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Neben der Herstellung von Zement kann das erfindungsgemäße Verfahren auch beispielsweise bei der Herstellung von anderen Bindemitteln, wie beispielsweise Geopolymeren, zum Einsatz kommen. Weitere mögliche Einsatzbereiche sind Fermentationsprozesse und mikrobiologische Prozesse.
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Eine thermische Behandlung von zumindest dem ersten Vorprodukt kann auch bei einer solchen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zudem vorgesehen sein, dass das erste Vorprodukt, das zweite Vorprodukt und/oder der Werkstoff kalorimetrisch analysiert wird/werden, was eine relativ einfache, schnelle und/oder aus anderen Gründen vorteilhafte Vorgehensweise zur Ermittlung der Reaktivität darstellen kann. Kalorimetrische Verfahren ermöglichen eine direkte Bestimmung der Reaktivität eines oder beider der Vorprodukte und/oder des Werkstoffs. Zu den erfindungsgemäß anwendbaren kalorimetrischen Verfahren zählen die grundsätzlich bekannte Lösungskalorimetrie, die grundsätzlich bekannte semi-adiabatische Kalorimetrie und die ebenfalls grundsätzlich bekannte isothermale Wärmeflusskalorimetrie (vgl. Wadsö (1995): Evaluation of calorimetry for characterization of very early and early cement reactions, Report TVBM-7094, Lund).
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Bei diesen kalorimetrischen Verfahren wird ein Vorprodukt oder der Werkstoff selbst mit Wasser und gegebenenfalls einem oder mehreren weiteren Additiven („Quality Improver“, „Performance Enhancer“ und/oder Sulfatträger) gemischt. Die Wasserzugabe löst eine Hydratationsreaktion aus, wobei Wärme freigesetzt wird. Im Rahmen der Kalorimetrie wird dann die über der Zeit abgegebene Wärmeenergie ermittelt, die ein Maß für die Intensität der Hydratationsreaktion und damit ein Maß für die in diesem Anwendungsfall hydraulische Reaktivität der Probe darstellt.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Analyse der Reaktivität anhand von in zeitlichen Abständen einem Stoffstrom des ersten Vorprodukts, des zweiten Vorprodukts und/oder des Werkstoffs entnommenen Stoffproben erfolgt. Dadurch kann ein erheblicher Aufwand, der mit einer kontinuierlichen Analyse verbunden wäre, vermieden werden. Die zeitlichen Abstände können dabei vordefiniert (z.B. in festen Zeitintervallen von ein bis drei Stunden) sein. Möglich ist auch, dass die zeitlichen Abstände in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen verändert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einem Wechsel des dem Prozess zuzuführenden ersten Vorprodukts und/oder zweiten Vorprodukts von einer ersten Charge zu einer zweiten Charge möglichst zeitnah auf diesen Wechsel eine Analyse dieses Vorprodukts oder des Werkstoffs anhand einer entnommenen Stoffprobe durchgeführt wird, um mögliche Veränderungen in der Reaktivität, die durch den Chargenwechsel begründet sind, zu erkennen und bei der Herstellung des Werkstoffs berücksichtigen zu können.
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Bei der kalorimetrischen Analyse einzelner Stoffproben kann insbesondere vorgesehen sein, den Zeitpunkt des maximalen Wärmeflusses, den kumulierten Wärmefluss, den maximalen und/oder kumulierten Wärmefluss in einem ersten (Wärmefluss-)Peak und/oder den Zeitpunkt eines definierten Reaktionsendes zu bestimmen, um daraus ein zu Vergleichszwecken nutzbares, die Reaktivität wiedergebendes Ergebnis abzuleiten.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der oder den Stoffproben ein Sulfatträger zur Regelung (und insbesondere Verzögerung) des Erstarrungsverhaltens zugesetzt wird. Dies kann beispielsweise in Mengen von > 0 Gew.-% bis ca. 5 Gew.-% erfolgen. Eine so ermöglichte Verzögerung des Erstarrungsverhaltens und dadurch der Freisetzung von Wärmeenergie kann die Auswertbarkeit des erzielten Analyseergebnisses verbessern.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das erste Vorprodukt, das zweite Vorprodukt und/oder der Werkstoff temperiert analysiert werden. Dadurch kann gegebenenfalls eine Beschleunigung der Reaktion und damit der Analyse erreicht werden. Insbesondere bei einer kalorimetrischen Analyse kann die Geschwindigkeit der Hydrationsreaktion über die Umfeldtemperatur beeinflusst werden. Eine höhere Temperatur beschleunigt dabei die Reaktion, eine geringere Umfeldtemperatur verzögert diese. Folglich kann insbesondere eine Analyse unter einer über der Umgebungstemperatur liegenden Umfeldtemperatur erfolgen. Nach der Art des verwendeten Kalorimeters kann die Einstellung der Umfeldtemperatur extern oder intern (isothermal) erfolgen.
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Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das erste Vorprodukt und/oder das zweite Vorprodukt für die Analyse bis zum Erreichen einer definierten Mahlfeinheit in beispielsweise einer Labormühle oder einer automatisierten Mühle gemahlen werden. Dadurch kann eine Beeinflussung des später zu ermittelnden kalorimetrischen Ergebnisses durch unterschiedlich große zur Hydratation zur Verfügung stehende Oberflächen vermahlener Pulver minimiert werden.
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Die Mahlfeinheit kann dabei vorzugsweise durch eine definierte Mahldauer und/oder durch einen spezifisch definierten Betrieb einer zum Mahlen genutzten Mühle (z.B. die Gesamtanzahl der zum Mahlen einer Probe vorgesehenen Umdrehungen der Mühle) definiert werden, da bei gleicher Mahldauer (und auch sonst gleichbleibenden Betriebsparametern der Mühle) ausreichend ähnliche Feinheitsgrade erwartet werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zudem vorgesehen sein, dass das erste Vorprodukt, das zweite Vorprodukt und/oder der Werkstoff (auch) in an sich bekannter Weise chemisch und/oder mineralogisch analysiert wird/werden. Insbesondere kann dabei ein aus der chemischen und/oder mineralogischen Analyse abgeleitetes Analyseergebnis mit einem die Reaktivität betreffenden Analyseergebnis verglichen oder auf andere Weise korreliert werden. Durch eine solche Korrelation von Ergebnissen aus unterschiedlichen Analysen des ersten Vorprodukts, des zweiten Vorprodukts und/oder des Werkstoffs kann eine Klassifizierung des letztendlich hergestellten Werkstoffs weiter verbessert werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein aus der chemischen und/oder mineralogischen Analyse abgeleitetes Analyseergebnis zur Herstellung eines definierten ersten Vorprodukts und/oder zweiten Vorprodukts aus Rohmaterialien verwendet wird. Dadurch kann der Prozess der Herstellung des Werkstoffs bereits ausgehend von den eingesetzten Rohmaterialien hinsichtlich einer definierten Reaktivität des ersten Vorprodukts, des zweiten Vorprodukts und/oder des Werkstoffs beeinflusst werden.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das erste Vorprodukt, das zweite Vorprodukt und/oder der Werkstoff während der Analyse(n) zwischengelagert und nach dem Abschluss der Analyse(n) in Abhängigkeit von dem/den Analyseergebnis(sen) auf verschiedene Lager (z.B. separate Silos, Mehrkammersilos, Multizellensilos oder auch Wannenlager) verteilt werden. Dabei kann die Verteilung auf die verschiedenen Lager mit dem Ziel erfolgen, Teilmengen des ersten Vorprodukts, des zweiten Vorprodukts und/oder des Werkstoffs, für die in nacheinander erfolgten Analysen ähnliche Analyseergebnisse ermittelt wurden, zusammenzuführen oder Teilmengen des ersten Vorprodukts, des zweiten Vorprodukts und/oder des Werkstoffs, für die in nacheinander erfolgten Analysen unterschiedliche Analyseergebnisse ermittelt wurden, definiert zu mischen, um in den einzelnen Lagern (ggf. jeweils) einen definierten Mittelwert für die Reaktivität des ersten Vorprodukts, des zweiten Vorprodukts und/oder des Werkstoffs einzustellen.
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Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass Teilmengen des ersten Vorprodukts, des zweiten Vorprodukts und/oder des Werkstoffs, die jeweils einer von nacheinander erfolgten Analysen zugeordnet werden, in verschiedenen Lagern zwischengelagert werden, wobei ein Abzug aus den verschiedenen Lagern und ein Vermischen der abgezogenen Teilmengen in Abhängigkeit von den definierten Eigenschaften des ersten Vorprodukts, des zweiten Vorprodukts und/oder des Zements erfolgt. In diesem Fall erfolgt somit keine Sortierung der einzelnen, nacheinander erfolgten Analysen zugeordneten Teilmengen in den Lagern, sondern diese werden lediglich hinsichtlich des Analyseergebnisses klassifiziert, um bei dem sich anschließenden Abzug der Vorprodukte mit dem Ziel, den Werkstoff mit definierten Eigenschaften zu erzeugen, gezielt auf die klassifizierten Teilmengen in den unterschiedlichen Lagern zurückgreifen zu können.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch vorgesehen sein, dass ein Mahlen des ersten Vorprodukts und/oder des zweiten Vorprodukts in Abhängigkeit von dem/den Analyseergebnis(sen) angepasst wird. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die zum Mahlen eingesetzte (z.B. elektrische) Energie in Abhängigkeit von der Reaktivität des gerade bearbeiteten Vorprodukts oder Werkstoffs in Abhängigkeit von dem/den Analyseergebnis(sen) gesteuert wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, ein Vorprodukt mit relativ hoher Reaktivität weniger fein zu mahlen als ein solches mit relativ geringer Reaktivität.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch vorgesehen sein, dass das erste Vorprodukt und/oder das zweite Vorprodukt hinsichtlich der Reaktivität vorselektiert werden. Dies kann, insbesondere für Klinker bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Zement, durch beispielsweise eine Fraktionierung nach Korngröße und/oder Dichte erfolgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: schematisch die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform und
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2: schematisch die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform;
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Die 1 zeigt in einem Blockdiagramm einzelne Schritte bei der Durchführung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Zement mit definierter hydraulischer Reaktivität in sowie die dabei eingesetzten Vorrichtungen.
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Im Rahmen des Verfahrens werden zunächst Rohmaterialien 1 in einer Rohmühle 2 gemahlen und das so erzeugte Rohmehl 3 einem Klinkerofen 4 zugeführt, in dem es unter Zufuhr von thermischer Energie zu Klinker 5 gebrannt wird. Der Klinker 5 wird anschließend, nach einer Kühlung in einem Klinkerkühler 6, einem Pufferlager 7 zugeführt.
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Zu definierten Zeitpunkten wird ein kleiner Teil des Klinkers 5 aus dem Klinkerkühler 6 (oder hinter dem Klinkerkühler 6) als Klinkerprobe 8 entnommen, in einer (manuell oder automatisiert betriebenen) Feinmühle 9 auf eine definierte Feinheit vermahlen und in ein Kalorimeter 10 überführt, um mittels einer kalorimetrischen Analyse einen Ist-Wert 12 für die Reaktivität des Klinkers 5 der Klinkerprobe 8 zu ermitteln.
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Dabei kann vorgesehen sein, die gemahlene Klinkerprobe 8 für sich oder zusammen mit einem Sulfatträger, der der Regulierung des Erstarrungsverhaltens dient, und/oder einem oder mehreren anderen Additiven 11 in einem Behälter mit einer definierten Menge Wasser zu versetzen und zu homogenisieren. Die Zugabe des Sulfatträgers kann trocken oder in Lösung oder in Suspension erfolgen. Das Mengenverhältnis (Massen- oder Volumenverhältnis) des Wassers und der weiteren Bestandteile der so ausgebildeten Paste kann dabei insbesondere zwischen 0,25 und 1 betragen. In dem Kalorimeter 10 kann dann der aus der Probe freigesetzte Wärmefluss bestimmt und mit einem Referenzwert verglichen werden. Der Referenzwert kann aus einer anderen Messung derselben Anlage oder einer anderen Anlage (insbesondere desselben Zementwerks) stammen. Die Vorbereitung, die Durchführung und die Auswertung der Analyse kann zumindest teilweise manuell oder vollautomatisiert durchgeführt werden. Zur Beschleunigung der Analyse kann die Umfeldtemperatur in dem Kalorimeter 10 im Vergleich zu der Umgebungstemperatur erhöht werden. Das Ergebnis der kalorimetrischen Analyse ist ein Wärmefluss, d.h. die Freisetzung von Wärmeenergie über der Zeit. Hieraus können verschiedene Ergebnisse abgeleitet werden. Dies sind u.a. der Zeitpunkt des maximalen Wärmeflusses, der kumulierte Gesamtwärmefluss, der kumulierte Wärmefluss im sogenannten ersten Peak (dieser ist durch ein starkes Ansteigen und ein anschließendes starkes Abfallen des Wärmeflusses unmittelbar nach dem Start der Hydratationsreaktion gekennzeichnet) und der Zeitpunkt des Abschlusses der Hydratationsreaktion beziehungsweise die daraus in Verbindung mit einem Beginn abgeleitete Dauer der Hydratationsreaktion.
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Der durch die kalorimetrische Analyse ermittelte Ist-Wert 12 wird der in dem Pufferlager 7 zwischengelagerten Charge des Klinkers 5 zugeordnet. Daraufhin wird der Klinker 5 aus dem Pufferlager 7 in ein oder mehrere Klinkerlager 13 überführt. Dabei kann das Überführen des Klinkers 5 oder Teilmengen davon aus dem Pufferlager 7 in das oder die Klinkerlager 13 mit dem Ziel erfolgen, den Klinker 5 mit einer zuvor hergestellten Charge von Klinker 5, für den in einer dazugehörigen Analyse ein gleicher oder ähnlicher Ist-Wert 12 für die Reaktivität ermittelt wurde, zusammenzuführen. Auf diese Weise kann eine Sortierung von Klinker 5 aus mehreren Chargen und mit unterschiedlichen Reaktivitäten in unterschiedlichen Klinkerlagern 13 erreicht werden. Möglichst ist auch, den Klinker 5 mit einer oder mehreren zuvor hergestellten Chargen von Klinker 5, denen jeweils ein eigener Ist-Wert 12 für die Reaktivität durch eine kalorimetrische Analyse zugeordnet wurde, gezielt zu vermischen, um in einem, mehreren und gegebenenfalls allen Klinkerlagern 13 Klinker 5 mit einem einem definierten Soll-Wert für die Reaktivität entsprechenden (mittleren) Ist-Wert auszubilden. Dabei kann der Soll-Wert für die einzelnen Klinkerlager 13 identisch oder (teilweise) unterschiedlich gewählt sein.
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Zur Herstellung von Zement 16 mit definierter Reaktivität wird anschließend Klinker 5 aus einem oder mehreren der Klinkerlager 13 gesteuert, d.h. in definierten Teilmengen, abgezogen und gemeinsam mit einem zweiten Vorprodukt 14 in einer Zementmühle 15 vermahlen und dabei vermischt.
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In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der 1 kann vorgesehen sein, dass die Chargen des Klinkers 5 an separaten Stellen der einzelnen Klinkerlager 13 oder in jeweils separate Klinkerlager 13 eingelagert werden, ohne dass ein gezieltes Vermischen verschiedener Chargen zum Einstellen eines definierten (mittleren) Werts für die Reaktivität in den einzelnen Klinkerlagern 13 vorgesehen ist. Durch einen gesteuerten Abzug von Teilmengen der verschiedenen Chargen des Klinkers 5 in Abhängigkeit von den diesen zugeordneten Ist-Werten 12 für die Reaktivität und durch ein Vermischen dieser Teilmengen vor, in oder hinter der Zementmühle 15 kann dann ebenfalls Zement 16 mit definierter Reaktivität hergestellt werden.
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In einer Weiterbildung eines der Verfahren gemäß der 1 kann auch vorgesehen sein, dass die der Zementmühle 15 zum Mahlen des Zements 16 zugeführte (z.B. elektrische) Energie in Abhängigkeit von der Reaktivität des gerade in der Zementmühle 15 gemahlenen Klinkers 5 gesteuert wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, Klinker 5 mit relativ hoher Reaktivität weniger fein zu vermahlen als solchen mit relativ geringer Reaktivität. Dies ermöglicht, den Energieverbrauch der Zementmühle 15 und damit des gesamten Verfahrens zur Herstellung des Zements 16 unter Berücksichtigung einer Soll-Reaktivität des Zements 16 möglichst optimal zu steuern und insbesondere möglichst gering zu halten. Diese optionale Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei den beiden zuvor anhand der 1 beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Klinker 5 kalorimetrisch analysiert wird, anwendbar.
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In alternativen, in der 2 dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, anstelle des Klinkers 5 Zement 16a, der bereits aus dem Klinker 5 und mindestens dem zweiten Vorprodukt 14 ausgebildet wurde, anhand von Zementproben 18 in einem Kalorimeter 10 kalorimetrisch zu analysieren und chargenweise mit jeweils einem zugeordneten Ist-Wert 12 für die Reaktivität in mehreren Zementlager 17 zwischenzulagern, um anschließend durch einen gesteuerten Abzug von Teilmengen der Chargen des Zements 16a aus diesen Zementlagern 17 einen Zement 16 mit definierter Reaktivität herzustellen. Die Möglichkeiten der Zwischenlagerung der Chargen des Zements 16a in den Zementlagern 17 entsprechen dabei den bereits anhand der 1 beschriebenen Möglichkeiten bei der Zwischenlagerung von Chargen des Klinkers 5. Auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen zu sein, die Chargen des Zements 16a während der kalorimetrischen Analyse in einem Pufferlager 7 zwischenzulagern.
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Die anhand der 1 und 2 alternativ beschriebenen kalorimetrischen Analysen des Klinkers 5 und des Zements 16a sind auch kombiniert in einem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, so dass dann sowohl der Klinker 5 als auch der Zement 16a entsprechend analysiert werden.
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Weiterhin kann die kalorimetrische Analyse des Klinkers 5 und/oder des Zements 16a optional mit einer zusätzlichen chemischen und/oder mineralogischen Analyse von Klinkerproben 8 und/oder Zementproben 18, die in (einer) entsprechenden Analysevorrichtung(en) 19 durchgeführt wird/werden, kombiniert werden. Dies kann dazu dienen, die Ergebnisse der jeweiligen kalorimetrischen Analyse(n) durch Korrelation mit dem/den Ergebnissen der chemischen und/oder mineralogischen Analyse(n) zu verbessern. Ergänzend oder alternativ können die Ergebnisse der chemischen und/oder mineralogischen Analyse(n) auch zur Beeinflussung des Rohmehls 3 durch eine entsprechende Anpassung der der Rohmühle 2 zugeführten Rohmaterialien 1 genutzt werden, um beispielsweise keine oder nur geringe Abweichungen von Sollwerten für das Rohmehl 3 zu erreichen. Die Sollwerte können sich dabei insbesondere den Kalkstandard, den Silikatmodul und/oder den Aluminatmodul betreffen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN 197 [0005]
- EN 196 [0005]
- EN 196-1 [0005]
- Wadsö (1995): Evaluation of calorimetry for characterization of very early and early cement reactions, Report TVBM-7094, Lund [0020]
