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Verfahren zur Behandlung von granuliertem blähfähigem Gut nach dem
Wirbelschichtverfahren Die Herstellung von granuliertem Blähgut, insbesondere von
Blähton aus granuliertem Tonmineral ist ein Fertigungsgebiet, das .immer steigende
Bedeutung gewinnt, da der Blähton wegen seines geringen spezifischen Gewichtes und
seiner günstigen Festigkeitswerte ein ausgezeichneter Werkstoff für die Herstellung
von Leichtbauelementen ist. Die Entwicklung der Blähtontechnik muß in kurzer Zusammenfassung
erläutert werden, um von hier aus die Erfindung darstellen zu können.
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Der Blähvorgang kommt dadurch zustande, daß die Granalien einer Erhitzung
ausgesetzt werden. Hierdurch wird nicht nur das -gebundene Wasser frei gemacht,
sondern es entstehen im Inneren der Granalien Gase aus Karbonaten, Bitumen u. dgl.,
die eine starke Vergrößerung des Kornvolumens hervorrufen. Das Korn wird »gebläht«.
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Es war begreiflich, daß man für das Blähen zunächst den Drehrohrofen
wählte, der in der Technik der Zementklinkerhers:terlung in großem Umfang angewandt
wurde und mit dem man vertraut war. Es zeigte sich aber bald, daß der Drehrohrofen
für das Blähen von Tongranalien nicht der geeignete Erhitzer ist, weil wegen der
Granalienschicht die für die Erzielung eines guten einheitlichen Blähtones erforderliche
gleichmäßige Erhitzung aller Granalien kaum zu erreichen war. Erschwerend kam hinzu,
d'aß die Granalien, die mit fortschreitender Erhitzung an der äußeren Schicht plastisch
werden, zum Zusammenbacken aneinander und an der Ofenwandung neigten. Auch die Durchführung
des Blähvorganges auf dem Drehteller führte aus. ähnlichen Gründen zu keinem befriedigenden
Ergebnis. Man ging deshalb zur Behandlung der zu blähenden Granalien im Gasstrom
über, indem man die Granalien in einen aufsteigenden heißen Gasstrom eingab, der
sie von unten nach oben durch die Behandlungskammer führte und sie am Kammerkopf
austrug, oder indem man mit einem fallenden Gasstrom arbeitete, der die Granalien
nach unten mitnahm. Bei Verfahren dieser Art war zwar die Gefahr des Zusammenbackens
der Granalien herabgesetzt, aber sie brachten derartige Schwierigkeiten mit sich,
daß sie sich nicht durchsetzen konnten. Nicht nur, daß sie eine praktisch völlig
einheitliche Größe der Granalien voraussetzten, damit die Verweilzeit aller Granalien
im Gasstrom gleich war, es war auch erforderlich, Korngröße, Gasgeschwindigkeit
und Gastemperatur so aufeinander abzustimmen, daß bei dem einmaligen Durchgang der
Granalien durch die Behandlungskammer keine zuwenig geblähten oder überhitzten Granalien
ausgetragen wurden. Schwierigkeiten dieser Art konnten erst behoben werden, als
man zu den sogenannten Wirbelverfahren überging. Es sind das das Wirbelbettverfahren
und das eigentliche Wirbelschichtverfahren. Beim Wirbelbettverfahren wird der Boden
der Behandlungskammer durch einen Rost gebildet, auf den das zu behandelnde granulierte
Material aufgegeben wird und durch dessen Durchbrechungen hindurch ein Gasstrom
geführt wird, der die Granalien über dem Rost in der Schwebe hält. Es bildet sich
über dem Rost eine Schicht, innerhalb derer sich die Granalien in heftiger Wirbelbewegung
befinden. Die Gefahr eines Zusammenbackens ist hierdurch stark vermindert und, wie
man zunächst annehmen konnte, eine hinreichend gleichmäßige Erhitzung aller Granalien
gewährleistet. Diese Annahme erwies sich als richtig, aber nur dann, wenn die Granalien
eine im wesentlichen einheitliche Korngröße haben. Man will aber beim Blähen von
Ton keine einheitliche Korngröße erzielen, da für einen großen Anwendungsbereich
des Fertiggutes ein Produkt mit unterschiedlichen Korngrößen erforderlich ist. Gibt
man nun eine Granalienmenge von an sich erwünschter unterschiedlicher Körnung auf
den Rost, so bildet sich in der über dem Bett wirbelnden Schicht eine Schichtung
aus. Die schweren Granalien sinken in der Wirbelschicht nach unten, die leichteren
steigen auf. Unter diesen Umständen ist eine einheitliche Schicht nicht zu erreichen.
Außerdem besteht noch ein weiterer ins Gewicht fallender Nachteil. Die Granalien
werden durch den Blähvorgang leichter und sollen nach Erreichen des gewünschten
Blähzustandes durch den aufsteigenden Gasstrom oben aus der Behandlungskammer ausgetragen
werden.
Infolge der erläuterten Schichtungen in der Wirbelschicht
über dem Rost= kann es vorkommen, daß die nach oben steigenden leichteren Granalien
bereits ausgetragen werden, ehe sie den richtigen Blähgrad erreicht haben.
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Überlegungen dieser Art führten dazu, vom Wirbelbettverfahren abzugehen
und zum eigentlichen Wirbelschichtverfahren überzugehen, bei dem die Masse der Granalien
frei schwebend in einer Schicht vom Gasstrom getragen wird. Die Schichtung des Wirbelbettes
ist damit ausgeschaltet. Hier liegt der Ausgangspunkt der Erfindung.
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Die Blähtontechnik hat sich aber nicht nur mit dem Blähen der Tongranalien
als solchem beschäftigt, sondern ist einen Schritt weitergegangen. Man hatte sich
gute Ergebnisse davon versprochen, wenn man die Granalien in der Behandlungskammer
sofort in die heißeste Zone (etwa 1650°C) einbringt. Man erhält dann geblähte Granalien
von der Struktur des bekannten Puffmais, also sehr stark geblähte Granalien mit
einer stark zerklüfteten Oberfläche. Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß die Verwendung
eines derartigen Blähgutes sehr beschränkt ist, und hat daher die Blähtechnik darauf
aufgebaut, kugelförmige Granalien mit einer geschlossenen Außenhaut zu gewinnen.
Der Blähvorgang wird derart durchgeführt, daß sich auf dem Korn zunächst eine plastische
Außenhaut bildet, die durch die darauf einsetzende Gasentwicklung im Korninneren
ballonartig aufgebläht wird. Auf diese Technik hat dann die weitere Entwicklung
aufgebaut mit der Problemstellung, die Bildurig der plastischen Außenhaut vor Beginn
einer wesentlichen Gasentwicklung im Korninneren sicherzustellen. Hierfür scheiden
alle Verfahren aus, bei denen die Granalien unmittelbar mit der heißen Flamme in
Berührung kommen. Die Blähtemperatur darf bei den üblichen Tonmaterialien 1100 bis
1200°C nicht oder jedenfalls nicht wesentlich übersteigen.
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Weiter hat man schon verhältnismäßig früh erkannt, daß. man günstige
Ergebnisse erzielen kann, wenn man das im Tonmaterial gebundene Wasser vor dem eigentlichen
Blähvorgang austreibt, wenn man also die Beseitigung des gebundenen Wassers nicht
mit dem Blähvorgang verbindet. Man muß bei der ersten Stufe so hoch wie möglich
erhitzen, aber andererseits nur so hoch, daß im Korninneren noch keine merkliche
Gasentwicklung einsetzt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß das Optimum der Vorerhitzung
der Granalien bei etwa 800°C liegt. Als Heizmittel für die Vorerhitzung bietet sich
das Abgas der Behandlungskammer an, von dem bei dem Wirbelschichtverfahren mit unmittelbarem
Austrag der geblähten Granalien durch den Gasstrom zunächst die ausgetragenen Granalien
abgetrennt werden.
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Aus dem Stand der Technik ergab sich also für das Wirbelschichtverfahren
zum Blähen von Tongranalien folgende Voraussetzung: Austrag der geblähten Granalien
durch den Gasstrom, Abtrennen der Granalien aus dem Gasstrom, Vorerhitzung der frischen
Granalien durch das Abgas auf etwa 800° C und anschließendes Blähen bei etwa 11'00
bis 1200° C.
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Die Erfindung beruht unter dieser Voraussetzung i auf der Aufgabe,
daß die Bildung der plastischen Glashaut auf den Granalien vor einer merklichen
Gasentwicklung im Korninneren auf den in die Wirbelschicht einzugebenden Granalien
gesichert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß das
vorerhitzte Gut unmittelbar in die auf Blähtemperatur (1100 bis 1200°C) befindliche
unterste Zone der Wirbelschicht eingeführt wird. Der Bereich zwischen der Vorerhitzungstemperatur
(800°C) und der Blähtemperatur (1100 bis 1200°C) soll also nicht durchlaufen, sondern
übersprungen werden. Das ist der springende Punkt. Würde man die vorerhitzten Granalien
oben auf die Wirbelschicht aufgeben, so wäre das eine Zone, in der die Gastemperatur
bereits etwa gleich der Abgastemperatur ist. Die frischen Granalien würden also
bei der Wirbelbewegung erst nach und nach in die unterste heiße Zone gelangen. Damit
würde die Glashautbildung von der Gasentwicklung im Korn überlagert werden. Es würde
sich keine geschlossene Glashaut bilden lassen. Werden die Granalien dagegen ummittelbar
in die unterste Zone mit ihrer Blähtemperatur (1100 bis 1200°C) eingegeben, so tritt,
da die Wärnie eine gewisse Zeit braucht, um von der Außenseite in das Korninnere
vorzudringen, mit Sicherheit als. erster Vorgang die Glashautbildung ein. Man erhält
die angestrebte Kugelform der Granalien mit der geschlossenen Glashaut.
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Das Schaubild einer nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitenden
Anlage ist mit einigen weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungen in der Zeichnung dargestellt.
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Das granulierte Frischgut 1 wird in einen Schutttrichter 2 eingegeben,
aus dem es über einen Zuteiler, hier in Form eines Zellenrades 3, in eine Kammer
4 eingebracht wird, die etwa bis zur Höhe der Linie 29 angefüllt wird. Die Kammer
4 ist der Vorerhitzer, dem über eine Leitung 21 Abgas von etwa 800°C zugeführt wird.
Abgas und Material verlaufen im Gegenstrom, so daß die Granalien nach und nach erhitzt
werden und am Fuß der Kammer 4 mit dem heißesten Abgas in Berührung kommen. Am Fuß
der Kammer 4 ist also das gebundene Wasser ausgetrieben. Aus der Kammer 4 gelangt
das Blähgut in den Kammerraum 11 der Behandlungskammer 7 mit einem unteren, längeren
konischen Teil 12, mit nach oben divergierenden Wänden, einem zylindrischen Teil
13 und einem oberen, kürzeren konischen Teil 12' mit nach oben konvergierenden
Wänden. Der vom konischen Teil 12 umschlossene Kammerraum 11 ist der eigentliche
Wirbelraum. Am Fuß der Behandlungskammer 7 befindet sich der den Behandlungsgasstrom
liefernde Brenner 9 mit seinem Motor 8, der den Befandlungsgasstrom mit einer Stärke
liefert, daß er die sich über ihm bildende Schicht frei wirbelnd tragen kann. Die
Schichttemperatur beträgt in der untersten, dem Brenner 9 benachbarten Zone 1100
bis 1200°C. In diese unterste Zone wird gemäß der Erfindung das in der Kammer 4
vorerhitzte Gut eingebracht. Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß hierfür
eine Schnecke 5 mit einem Antrieb 6 dient, die das vom unteren Ende der Kammer 4
ent-nommene Gut in die untere Zone der Wirbelschicht drückt. Das ist wesentlich.
Das Gut soll nicht etwa im Kammerraum 11 oben auf die Wirbelschicht aufgegeben werden,
sondern in die unterste, auf Blähtemperatur befindliche Zone 38 der Wirbelschicht
eingebracht werden. Es wird also, wie bereits erläutert wurde, der Temperaturbereich
zwischen
800° C am Ende der Kammer 4 und der Blähtemperatur in der
Behandlungskammer 7 nicht durchlaufen, sondern übersprungen.
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Es sei jetzt die Zuführung des Abgases aus der Behandlungskammer 7
zur Kammer 4 erläutert. Während des Blähvorganges nimmt das Volumen der Granalien
zu, während ihr spezifisches Gewicht entsprechend kleiner wird. Dieser Volumenzunahme
ist die Konizität des Teiles 12 des Kammerraumes 11 angepaßt. Mit zunehmender Größe
der Granalien nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in dem Kammerraum 11 ab. Es wird
hierdurch verhütet, daß etwa Granalien infolge der größeren Gasgeschwindigkeit in
noch nicht vollgeblähtem Zustand ausgetragen werden. Durch den konischen Teil 12'
tritt dagegen eine Erhöhung der Gasgeschwindigkeit ein, so daß hier die fertiggeblähten
Granalien mitgenommen und über den Abzugskanal 14 ausgetragen werden, von der aus
sie in den Abscheider 15 gelangen. Die Bauart des Abscheiders ist nicht von Bedeutung.
Am besten dürfte hier ein Zyklon geeignet sein. Im Abscheider 15 trennen sich die
Granalien 20 vom Abgasstrom und sammeln sich auf dem Boden, während das Gas über
die Leitung 21 zur Kammer 4 gelangt, die es über eine Leitung mit einem Absauggebläse
32 verläßt.
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Ein Teilstrom des Abgases wird über eine durch eine Prallplatte 31
abgeschirmte Leitung 22 und das Leitungsstück 10 zum Brenner 9 zurückgeführt.
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Das sich im Abscheider 15 ansammelnde Gut 20 ist noch heiß und wird
daher zweckmäßig vor dem Austrag nach außen gekühlt. Zu diesem Zweck ist dem Abscheider
15 eine Kühlkammer 17 nachgeschaltet, der das Gut über ein Zellenrad 16 zugeführt
wird. Die Kühlkammer 17 ist unten durch ein weiteres Zellenrad 18 vor der
Austragsleitung 19 abgesperrt, so daß sich vor dem Zellenrad 18 das Gut etwa bis
zur Linie 30 staut. Durch die Kühlkammer 17 wird im Gegenstrom aus der Leitung 24
mit dem Gebläse 23 ein Kühlluftstrom hindurchgeführt, der über die Leitung 25 abgeführt
wird und sich bei 26 mit dem Abgasstrom aus der Leitung 22 vereinigt. Die dem Gut
in der Kühlkammer entzogene Wärme wird also in den Kreislauf zurückgeführt.