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Verfahren zur Herstellung von Zement Zement kann durch Zusammenmahlen
von Schlacke oder anderen latenten hydraulischen Bindemitteln und Zementklinkern
mit oder ohne andere Zusätze, wie z. B. Gips, hergestellt werden. Das am häufigsten
benutzte Bindemittel ist Hochofenschlacke, die normalerweise in granulierter Form
zur Verfügung steht, wie sie bei der Abschreckung der geschmolzenen Schlacke aus
dem Hochofen in Wasser entsteht. Die sich so ergebende granulierte Schlacke hat
einen hohen Feuchtigkeitsgehalt, der in der Regel bei zumindest 15 und oft bei 30%
und mehr liegt.
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Nun ist aber Schlacke oder jedes andere latente hydraulische Bindemittel
nur in der Lage, an dem Härtungsprozeß teilzunehmen, wenn freier Kalk als Katalysator
anwesend ist, und aus diesem Grund wird sie nicht allein als Zement verwendet. Ein
latentes hydraulisches Bindemittel kann daher einen beachtlichen Wassergehalt aufweisen,
ohne daß ein Abbinden stattfindet; aber sobald es mit nur einer geringen Menge eines
Zementklinkers gemischt wird, welcher freien Kalk enthält, ist es in der Lage, abzubinden.
Es folgt daraus, daß nach Mischung mit Portland-Zementklinker ein latentes hydraulisches
Bindemittel sehr empfindlich gegen Feuchtigkeit ist, gleichgültig, ob der Klinkergehalt
hoch oder niedrig ist.
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Bei der Herstellung von solchem Zement wurde bislang die feuchte Schlacke,
bevor sie mit dem Zementklinker und irgendeinem anderen Bestandteil, wie z. B. Gips,
vermahlen wurde, getrocknet. Dieses Trocknen wurde auf einem Rost oder in einer
Trommel oder durch Entwässerung in einer Zentrifuge durchgeführt, und der Feuchtigkeitsgehalt
der Schlacke wurde bis herunter auf etwa 4 bis 5 % gebracht. Eine solche spezielle
Trocknung ist sowohl zeitraubend als auch unwirtschaftlich.
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Dieselben Betrachtungen gelten auch für andere latente hydraulische
Bindemittel, wie z. B. Flugaschen von Kraftwerken und Vulkanasche, wenn solche zur
Herstellung von Zement benutzt werden und eine wesentliche Menge Feuchtigkeit, z.
B. 25 oder mehr enthalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Zement aus einer
Mischung von Zementklinker und einem oder mehreren latenthydraulischen Bindemitteln
als Hauptbestandteile mit oder ohne kleineren Mengen an anderen Bestandteilen durch
Vermahlung der Bestandteile zur angestrebten Zementfeinheit in einer Mühle ist dadurch
gekennzeichnet, daß die latenthydraulischen Bindemittel im vorliegenden feuchten
Zustand mit den übrigen Bestandteilen gemischt und diese Mischung unter Erwärmung
in einem Arbeitsgang vermahlen und getrocknet wird, wobei die teils durch Einführung
eines heißen Gases gelieferte, teils auf der Mahlwirkung beruhende und an sich beim
Vermahlen von Zement zur Entfernung von Wasser bereits ausgenutzte Erwärmung so
geleitet wird, daß die Mischung vollständig getrocknet ist, bevor das oder die Bindemittel
abbinden können, oder ein Bestandteil durch die Erwärmung geschädigt wird.
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Die Mengenverhältnisse der Mischung, die gemahlen wird, können in
weitem Bereich schwanken; die Erfindung ist auf jeden Zement anwendbar, in welchem
das latente hydraulische Bindemittel einen Hauptbestandteil bildet, in einer Menge
von z. B. 15 bis 85 °/o.
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Die heißen Gase dienen sowohl, um das Bindemittel zu trocknen, als
auch um das aus dem Bindemittel verdampfte Wasser heraus aus der Mühle zu befördern.
Sie können auch dazu dienen, das fertiggemahlene Material aus der Mühle herauszubefördern.
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Der Trocknungseffekt des Gasstromes durch die Mühle wird bestimmt
durch das Produkt aus Gasstrom pro Zeiteinheit und Gastemperatur. Das Gasvolumen,
welches durch die Mühle pro Zeiteinheit strömt, darf nicht so hoch sein, daß es
Materialteilchen, welche ungenügend gemahlen oder getrocknet sind, aus der Mühle
herausträgt. Bei der Durchführung des Verfahrens muß also sowohl auf das Volumen
als auch auf die Temperatur des Gases geachtet werden.
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Es wurde gefunden, daß, wenn Schlacke ein Bestandteil der Mischung
ist, sie oft dazu neigt, in dem
ersten Teil der Mühle klebrig zu
sein. Wenn dies der Fall ist, muß das Produkt aus Gasstrom pro Zeiteinheit und Gastemperatur
hoch sein, um die Trocknung zu beschleunigen und somit die Tendenz zum Kleben herabzusetzen.
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Klebrigkeit kann normalerweise vermieden werden, wenn die Temperatur
des Gases im Bereich von 500 bis 700° C liegt. Wenn viel Feuchtigkeit entfernt werden
muß, entweder weil der Bindemittelgehalt der Mischung hoch ist oder weil der Feuchtigkeitsgehalt
der Bindemittel sehr hoch ist, z. B. 30 bis 40 % oder beides, muß die Temperatur
des in die Mühle einströmenden Gases auch sehr hoch sein. Unter solchen Bedingungen
kann ein teilweises Trocknen während des Mischens der Bestandteile des Zements,
aber vor dem Mahlen, durchgeführt werden. Dieses teilweise Trocknen der Mischung
kann außerhalb der Mühle stattfinden, z. B. in einer Vorkammer. Wenn man auf diese
Weise vorgeht, kann sehr heißes Gas zur Durchführung des ganzen Trocknens verwendet
werden, und wenn es den Einlaß der Mühle erreicht, wird es genügend abgekühlt sein,
um das Mühlenlager nicht zu beschädigen.
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Beim Mahlen von Zement ist es stets erwünscht, das gemahlene Material
auf eine Temperatur zu kühlen, die tief genug ist, um es direkt in Papiersäcke zu
verpacken, ohne diese zu beschädigen, und es ist üblich, Wasser in die Mühle in
der Nähe des Auslasses zu sprühen, um eine solche Kühlung zu bewirken. das versprühte
Wasser erhöht auch den Feuchtigkeitsgehalt des ausströmenden Gases, und das ist
vorteilhaft, wenn das Gas durch einen elektrostatischen Entstäuber geleitet wird,
bevor es in die Atmosphäre entlassen wird. In der vorliegenden Erfindung kann genügend
Wasser eingesprüht werden, um das gemahlene Material zu kühlen, und es wird unverzüglich
nach seiner Einführung in die Mühle verdampfen und somit keine Gelegenheit haben,
das getrocknete Material wieder zu befeuchten.
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Die Erfindung betrifft zwar im allgemeinen ein Verfahren zur Herstellung
von Zement aus einer Mischung von Zementklinker und einem oder mehreren latenthydraulischen
Bindemitteln. In erster Linie ist die Erfindung aber auf eine Herstellung von Zement
aus Portlandzementklinker und abgeschreckter Hochofenschlacke gerichtet.
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Bekanntlich wird überlicherweise bei der Vermahlung von Zementklinker
eine gewisse, geringe Menge Gips zugesetzt, um die Länge der Abbindezeit des Zements
zu regeln. Diese Maßnahme ist auch bei der Erfindung anwendbar und vorteilhaft.
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Um die Gefahr herabzusetzen, daß Gips, wenn er den heißen Gasen in
der Mühle ausgesetzt wird, verbrannt wird, mit der dadurch bedingten Tendenz einer
falschen Abbindung des Zements, kann der Gips, bevor er mit den anderen Bestandteilen
gemischt wird, angefeuchtet werden. Wenn dies nicht getan wird, muß darauf geachtet
werden, daß nicht zu viel Hitze im Verhältnis zu der zu verdampfenden Wassermenge
der Mühle zugeführt wird oder daß Luft von zu hoher Temperatur in Kontakt mit dem
Gips kommt.
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Die Erfindung kann mit einem einzigen Durchgang des Materials durch
die Mühle durchgeführt werden. Wenn die Gasgeschwindigkeit mäßig oder niedrig ist,
wird nur ein kleiner Teil des Zements die Mühle suspendiert in dem Gas verlassen,
und der größere Teil wird in einer normalen Mühle durch einen hohlen Auslaßzapfen
herauswandern. Auf der anderen Seite, wenn die Gasgeschwindigkeit hoch ist, kann
der Zement aus der Mühle mittels des Gases allein herausgebracht und in einem Zyklon
abgetrennt werden.
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Die Erfindung kann auch durchgeführt werden durch Mahlen in einem
geschlossenen Kreislauf, wobei nur ein Teil des Zements die Mühle verläßt, der bei
seinem ersten Durchgang durch die Mühle fertiggemahlen ist.
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Um die für die Beheizung des Gases notwendige Brennstoffmenge herabzusetzen,
kann ein Teil des Gases durch die Mühle im Umlauf gehalten werden. Das Verhältnis
zwischen dem umlaufenden und dem frischen Gas, das in die Mühle geschickt wird,
muß so eingestellt werden, daß die Mischung des Gases, die durch die Mühle strömt,
das erforderliche Trocknungsvermögen aufweist. Natürlich soll ein Teil des Gases
regelmäßig in die Atmosphäre entlassen werden und durch einen entsprechenden Teil
an frischem heißem Gas ersetzt werden, da sonst das zirkulierende Gas bald mit Feuchtigkeit
gesättigt sein und sein Trocknungsvermögen verlieren würde.
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Es ist bekannt, latenthydraulische Bindemittel mit Zement zur Abbindung
anzuregen. Ferner ist ein gleichzeitiges Mahlen und Trocknen von anorganischen Bindemitteln
im allgemeinen nicht mehr neu.
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Das gleichzeitige Mahlen und Trocknen einer Mischung aus Zementklinkern
und einem latenthydraulischen Bindemittel war aber dennoch nicht nahehegend.
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Im Gegenteil, man hat bisher angenommen, daß das gleichzeitige Mahlen
und Trocknen von anorganischen Bindemitteln, wenn diese Zementklinker und ein latenthydraulisches
Bindemittel enthielten, ein Problem darstelle, welches nicht bei der Behandlung
der in der deutschen Auslegeschrift 1048 217 angegebenen Stoffe vorhanden ist.
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Bekanntlich ist ein latenthydraulisches Bindemittel nach Mischung
mit Portland-Zementklinker sehr empfindlich gegen Feuchtigkeit, weswegen bei der
Herstellung von einem solchen Mischzement bislang die feuchte Schlacke, vor der
Vermahlung mit dem Zementklinker und irgendeinem anderen Bestandteil, wie z. B.
Gips, getrocknet wurde. Eine solche besondere Trocknung ist sowohl zeitraubend wie
unwirtschaftlich, aber bisher hat man sie für notwendig bei einer Mischung von Zement
und einem latenthydraulischen Bindemittel angesehen.
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Der Erfinder hat nun im Gegensatz zur bisherigen Anschauung den Gedanken
gehabt, daß ein kombiniertes Trocknen und Vermahlen der fraglichen Mischung ohne
Nachteile möglich sein müsse, wenn die Wärmezufuhr derart gestaltet wird, daß das
Trocknen erfolgt, bevor das Bindemittel abbindet. Versuche haben die Richtigkeit
dieser Annahme bestätigt.
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Nach der österreichischen Patentschrift 117 523 werden Maßnahmen getroffen,
um beim üblichen Vermahlen von Zement die Temperatur in der Mühle zwecks Beseitigung
von Übelständen künstlich herabzusetzen. Diese Übelstände bestehen darin, daß, wenn
eine gewisse Temperatur überschritten wird, die etwa bei 90 bis 100° C liegt, eine
Neigung des gemahlenen Materials auftritt, sich an den Mahlkörpern und anderen Flächen
abzusetzen, wodurch erhebliche Verminderung der Mühlenleistung eintritt. Diese Maßnahmen
bestehen darin, daß man der Mühle Wasser in einer solchen geringen Menge zuführt,
daß
deren Verdunstungskälte ein Ansteigen der Temperatur über den
Gefahrenpunkt hinaus verhindert.
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Damals war bereits bekannt, das zu vermahlende Material vor Beginn
der Vermahlung mit Wasser zu versetzen. Es ist dort weiter ausgeführt, daß der Wasserzusatz
am Einlaufende der Mühle die Gefahr einschließt, daß bei der dauernd erheblich unter
100° C bleibenden Temperatur eine chemische Umsetzung zwischen dem zugesetzten Wasser
und dem zu vermahlenden Zement eintritt, wobei das Wasser sich mit dem Zementstaub
im ersten Vermahlungsstadium verbinden und alle Wege der Mahlmaschine verstopfen
kann.
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Dies ist der Grund, weshalb gemäß der früheren Erfindung ein derartiger
Wasserzusatz sehr vorsichtig vollzogen werden muß, d. h., die zugesetzte Wassermenge
muß nur gering sein. Sie braucht auch nur gering zu sein, denn es ist eine erhebliche
Wärmemenge erforderlich, um 1 g Wasser zu verdampfen, und diese Verdampfungswärme
wird ausgenutzt, um die Kühlung des Zements Herbeizurufen, was auch für die Wassermenge
gilt, welche nach der österreichischen Patentschrift am Auslaufende der Mühle in
feinverteiltem Zustand einzuspritzen ist.
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Demgegenüber bezweckt die vorliegende Erfindung, mittels Wärme eine
bereits im Material befindliche Wassermenge zu entfernen, d. h. eine Trocknung desselben
herbeizuführen, im Gegensatz zur Aufgabestellung der österreichischen Patentschrift,
welche darin besteht, mittels eines Wasserzusatzes eine Kühlung des Materials hervorzurufen.
Außer der verschiedenen Aufgabenstellung unterscheiden sich die Aufgaben selbst
in den beiden Fällen in noch einer wichtigen Hinsicht, nämlich dadurch, daß die
der Mühle pro Zeiteinheit mit Absicht zugeführte Wassermenge im Fall der österreichischen
Patentschrift außerordentlich gering ist, im Vergleich zu der sich im Material von
vornherein befindlichen Wassermenge im Fall der vorliegenden Erfindung.
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Wie schon früher betont, waren alle Fachleute , bisher der Ansicht,
daß das feuchte hydraulische Bindemittel, bevor es mit dem Zementklinker vermahlen
werden konnte, unbedingt getrocknet werden müßte, weil sonst die Mischung in der
Mühle abbinden würde. Es ist somit das Verdienst des Erfinders, dieses Vorurteil
überwunden und gezeigt zu haben, daß - wenn die richtigen Betriebsbedingungen geschaffen
werden - ein solches Abbinden trotz großer vorhandener Wassermengen nicht auftritt.
Da es sich also im vorliegenden Fall um überaus große Wassermengen handelt, darf
wohl berechtigterweise von einem mit dem neuen Verfahren verbundenen überraschungsmoment
gesprochen werden. Es ist also neu, stellt durch Beseitigung einer Arbeitsstufe
eine Bereicherung der Technik dar und hat nicht nahegelegen, da es nur unter Überwindung
eines Vorurteils gefunden werden konnte.
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Dieses Vorurteil konnte aber nicht auf Grund der österreichischen
Patentschrift überwunden werden, sondern diese bestärkt es nur noch.