DE1805310B2

DE1805310B2 - Verfahren zur herstellung von zementklinkern

Info

Publication number: DE1805310B2
Application number: DE19681805310
Authority: DE
Inventors: Hubert Olaf. Chicago 111.; Kopanda Joseph Edward Crown Point; Piasecki Felix John Whiting; Ind.: Nickelsen (V.St.A.)
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1967-10-25
Filing date: 1968-10-25
Publication date: 1977-04-21
Also published as: DE1805310A1; BE722654A; JPS5231379B1; ES359367A1; BR6803292D0; FR1589889A; GB1249345A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinkern, bei dem eine in granulierter Form vorliegende Rohmischung zur Sinterung erhitzt wird.

Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Zementklinkern wird die üblicherweise durch Vermählen von kalkreichen und tonreichen Mineralien hergestellte Rohmischung in Drehrohrofen zur Sinterung erhitzt. Bei der Herstellung von Calciumaluminatzementklinkern kann die Brenntemperatur so weit gesteigert werden, daß ein Schmelzen der Rohmischung auftritt. Bei der bisher üblichen allmählichen Erhitzung der Rohmischung in Drehrohrofen lagert sich in den Drehrohröfen im Laufe der Zeit vor der heißesten Zone Material ab, das zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Produktionsleistung von Zeit zu Zeit entfernt werden muß. Zur Entfernung von sich im Inneren des Drehrohrofens festgesetztem Material muß dieser normalerweise stillgesetzt werden, was natürlich aus wirtschaftlichen Gründen höchst unerwünscht ist

Aus der US-PS 32 52 719 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Tonerdezement bekannt, bei dem die Ablagerung von Material im Drehrohrofen durch Verwendung von Ausgangsmaterial hoher Reinheit vermieden wird. Die bei diesem bekannten Verfahren eingesetzte Rohmischung weist nur einen geringen

Eisengehalt sowie einen geringen Siliciumdioxydgehalt auf. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch zur Massenproduktion nicht geeignet, da die Bereitstellung von Ausgangsmaterial hoher Reinheit außerordentlich kostspielig und daher unwirtschaftlich ist

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinkern zu schaffen, mit dem bei kurzer Brenndauer in wirtschaftlicher Weise Zementklinker mit guten Eigenschaften hergestellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die granulierte Rohmischung auf eine Temperatur vorerhitzt wird, die unter der zum vollständigen Entzug von Kohlensäure erforderlichen Temperatur liegt, und die vorefhitzte Rohmischung dann bei einer nicht wesentlich über der Vorerhitzungstemperatur liegenden Temperatur direkt in eine Brennkammer eingeführt wird, in der eine unter dem Schmelzpunkt der Rohmischung liegende Temperatur herrscht.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird die granulierte Rohmischung zunächst vorerhitzt, um das absorptiv gebundene Wasser sowie das Kristallwasser aus der Rohmischung zu entfernen. Die vorerhitzte Rohmischung wird dann in einer Brennkammer schnell auf die Sintertemperatur erhitzt, d. h. einer sogenannten Schocksinterung unte zogen. Während bei dem bekannten Verfahren die Verweilzeit der Rohmischung im Brennofen in der Größenordnung von mehreren Stunden liegt läßt sich beim Verfahren nach der Erfindung der bei Temperaturen über 870⁰C stattfindende Sintervorgang auf zwei Minuten verringern. Das Verfahren nach der Erfindung kann daher in außerordentlich wirtschaftlicher Weise in Brennöfen kurzer Baulänge durchgeführt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigt

F i g. 1 einen Aufriß einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung und
F i g. 2 im verkleinerten Maßstab eine Draufsicht auf den bei der Vorrichtung nach F i g. 1 vorgesehenen Drehherd.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird eine Rohmischung mit einer dem gewünschten Zementtyp entsprechenden Zusammensetzung verwendet. Die Rohmischung muß bei der Einspeisung in einer granulierten Form vorliegen, d. h. entweder in einer pulverartigen oder agglomerierten Form. Aus verschiedenen Gründen wird die Rohmischung vorzugsweise in Form kleiner Kügelchen (Pellets) gleichmäßiger Größe eingebracht. Diese Kügelchen sollen durchschnittlich 6,35 mm bis 19 mm groß sein. Die Herstellung der Kügelchen kann in herkömmlicher Weise durchgeführt werden. Beispielsweise können feuchte Kügelchen durch Zentrifugierung oder Extrudierung hergestellt werden. Die Rohmischung wird nach der Granulierung auf eine Temperatur vorerhitzt, die unter der Temperatur liegt, bei der ein vollständiger Entzug von Kohlensäure stattfindet, um das Oberflächenwasser und

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das Kristallwasser zu entfernen. Die Rohmischung wird dann direkt in eine Brennkammer oder in eine Brennzone ohne eine wesentliche Zwischenerhitzung eingegebea Dort wird die Rohmischung schnell auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt der Rohmischung erhitzt Vorzugsweise liegt diese Temperatur je nach der Zusammensetzung der Rohmischung 28 bis 83° bzw. 83 bis 280° «nter dem Schmelzpunkt Die Rohmischung muß in granulierter Form vorliegen und muß mit einer solchen Geschwindigkeit in die Brennzone eingespeist werden, daß alle Kügelchen vollständig der Hitze ausgesetzt werden, um eine maximale Produktionsrate zu erreichen.

Die Brennkammer kann waagerecht, geneigt oder senkrecht angeordnet sein. Sie kann ein Drehbrennofen sein, ein Schachtbrennofen, ein beweglicher Herd oder Rost oder ein bewegtes Fließbett

Eine für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bevorzugt verwendete Vorrichtung ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Der in F i g. 1 dargestellte ringförmige Herd 2 rotiert in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Rohmischung wird dem Herd 2 von einem Förderband 4 zugeführt, und zwar über einen Vorerhitzer 6 durch eine Beschickungsöffnung 8. Brenner 10 sind in einer kurzen Entfernung von der öffnung 8 in einer Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn angeordnet und heizen in einen Abzug 12, der den Herd 2 umgibt Die Abgase werden vom Abzug 12 um den Vorerhitzer 6 zur Abgas-Leitung 14 geführt Eine Entnahmeöffnung 16 ist in kurzer Entfernung im Uhrzeigersinn von der öffnung 8 angeordnet. Die Klinker werden durch die Entnahmeöffnung 16 in eine Abkühlungsvorrichtung 18 transportiert. Die Rohmischung wird in dem Vorerhitzer 6 und in der kurzen Entfernung auf dem Herd 2 zwischen der öffnung 8 und den Brennern 10 auf eine Temperatur gebracht, die unter der Temperatur liegt, bei der eine vollständige Entfernung von Kohlensäure stattfindet. Diese Temperatur liegt bei etwa 870°C.

Die vorerhitzten Kügelchen der Rohmischung bilden auf dem Herd 2 eine einzige Lage, so daß sie sehr schnell auf eine Sintertemperatur unter dem Schmelzpunkt der Rohmischung erhitzt werden, wenn sie die Stellung vor den Brennern 10 erreichen.

Es können sowohl Calciumaluminatzementklinker als auch Portlandzementklinker nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden.

Calciumaluminatzementklinker werden vorzugsweise aus den folgenden Rohmischungen hergestellt. Bei den Zahlen handelt es sich um Gewichtsprozente: so

	0-5,0	Typ A	Typ B
S1O2	28,0-56,0	2,5-5,0	2,5-5,0
A12O3 + T1O2	0-7,0	32,0-37,0	35,0-41,0
FejCb	14,0-42,0	5,0-7,0	0,4-1,4
CaO	0-3,0	23,0-28,0	21,0-26,0
MgO	0-1,0	0-1,5	0-1,5
MnO	0-4,0	0-0,6	0-0,6
SOj als CaSO4	Spuren	0,5-2.6	0-1,6
Alkalien	26,0-33,0	Spuren	Spuren
Erhitzungs		27,0-31,0	26,0-33.0
verluste

35

	Ausführungsbeispiele für	Typ B
	Typ A	3,3
SiO₂	33	38,5
AI2O3 + TiO?	35,2	0,8
Fe₂O₃	6,2	23,5
CaO	23,9	0,8
MgO	0,1	0,3
MnO	03	1,6
SO3 als CaSO₄	1,6	Spuren
Alkalien	Spuren	31,2
Erhitzungsverluste	29,4

Bei der Zusammensetzung des Typs B kann jedoch auch das SO3 weggelassen werden.

Calciumsiükatzementklinker werden vorzugsweise aus den folgenden Rohmischungen hergestellt:

	15,0-19,0	Rohmischung	Aus
	1,5-6,0	für Portland	führungs-
	Spuren—4,0	zementklinker	beispiel
S1O2	44,0-51,0	16,0-16,8	15,4
AbOj + T1O2	1,0-3,0	3,8-4,4	4,3
Fe2Ü3	0,1-0,8	1,4-1,8	1,5
CaO	Spuren —3,0	48,5-50,0	49,5
MgO		2,0-2,6	2,2
MnO	0,2-0,8	0,2-0,4	0,2
SO3 als	22,0-28,0	Spuren —3,0	1.6
CaSO*
Alkalien	0,2-1,0	0,5
Erhitzungs	23-27	24,8
verluste

Zur Herstellung von Zementklinkern des Typs A und des Typs B können beispielsweise folgende Zusammensetzungen verwendet werden:

Bei den obenerwähnten Rohmischungen wird die anfängliche Erhitzung vorzugsweise bei einer Temperatur von annähernd 870° C durchgeführt. Im Falle von Calciumaluminatzementklinker wird die Schocksinterung bei einer Temperatur durchgeführt, die annähernd 28-83° C unter der Schmelztemperatur der Rohmischung liegt Für Zementklinker vom Typ A liegt die Sintertemperatur vorzugsweise bei etwa 1370⁰C; für Klinker vom Typ B liegt die bevorzugte Temperatur bei annähernd 1430°C. Bei Calciumsilikatzementklinkern wird die Sinterung bei einer Temperatur von annähernd zwischen 83-280° C unter dem Schmelzpunkt der Rohmischung durchgeführt. Bei der Herstellung der meisten Portlandzementklinker wird eine Temperatur von vorzugsweise etwa 1480° C verwendet Bei allen Verfahrensweisen wird die vorerhitzte Rohmischung nur zwei Minuten, vorzugsweise unter zehn Minuten, der Sintertemperatur unterworfen.

Calciumaluminatzementklinker, der unter oxydierenden oder neutralen Bedingungen hergestellt wird, enthält C4A4SO3, das vorteilhafte hydraulische Eigenschaften besitzt. Der Prozentsatz dieser Verbindung variiert entsprechend der Menge des SO3 in der Rohmischung. Der berechnete Gehalt an C₄AjSOi des Klinkers für die angeführte Zusammensetzung liegt zwischen 0 und 30,5%; für den Typ A zwischen 3,8 und 19,8% und für die Alisführungsbeispiele der Typen A und B bei 12.2%.

Bei jedem Zementklinkertyp kann die Rohmischung SO3 in Form von Calciumsulfat enthalten. Bei den Klinkern vom Typ A ist SO3 notwendig, um den Sinterbeieich zu erweitern. Während der Sinterbereich bei Typ B ausreichend ist. kann der Bereich auch durch

einen Zusatz von Calciumsulfat erweiteri werden. Bei der Verwendung von CaSO₄ in den Rohmischungen für Calciumsilikatzement wirkt SO3 als Katalysator, der den freien Kalk reduziert und eine Schocksinterung bei einer niedrigeren Temperatur ermöglicht.

Durch das Verfahren nach der Erfindung wird die Zwischenerhitzungszone eliminiert, die Kosten für die Herstellungsanlage werden reduziert, und die Schocksinterung verursacht eine schnelle atomare Reaktion zwischen den vorcalcinierten Bestandteilen der Rohmischung im Gegensatz zur graduellen und langsameren Umwandlungen der Bestandteile der Rohmischung bei den herkömmlichen Verfahren. Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Klinker des Typs A besitzen im allgemeinen mehr CjA und CA2 als ähnliche Klinker, die nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt worden sind. Es wird angenommen, daß die Schocksinterung fast vollständig als eine Feststoff-Feststoff-Reaktion abläuft, und zwar simultan mit einer vollständigen Calcinierung des CaCO* Weiterhin wird angenommen, daß anstelle von idiomorphen Strukturen reaktionsfähigere kleine deformierte Gitterstrukturen entstehen, die bessere Zementeigenschaften ergeben. Der Zement vom Typ A ist fester als vergleichbare Zemente, hat eine bessere Belastungswiderstandsfähigkeit bei 1316°C, ein höheres pyrometrisches Kegeläquivalent und eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen CO-Zersetzung. In ähnlicher Weise zeigt der Zement vom Typ B ebenfalls bessere Eigenschaften als vergleichbare Zemente, und zwar ganz gleichgültig, ob er mit oder ohne Verwendung von CaSOi hergestellt worden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Zementklinkern, bei dem eine in granulierter Form vorliegende Rohmischung zur Sinterung erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die granulierte Rohmischung auf eine Temperatur vorerhitzt wird, die unter der zum vollständigen Entzug von Kohlensäure erforderlichen Temperatur liegt, und die vorerhitzte Rohmischung dann bei einer nicht wesentlich über der Vorerhitzungstemperatur liegenden Temperatur direkt in eine Brennkammer eingeführt wird, in der eine unter dem Schmelzpunkt der Rohmischung liegende Temperatur herrscht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohmischung vor der Vorerhitzung in die Form von Kügelchen gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß eine Calciumsulfat enthaltende Rohmischung verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohmischung auf eine Temperatur von ungefähr 870⁰C vorerhitzt wird und die Temperatur der Brennkammer für den Fall der Herstellung von Calciumaluminatzementklinkern 28 bis 83° und im Fall der Herstellung von Calciumsilikatzementklinkern 83 bis 280° unter der Schmelztemperatur der Rohmischung liegt

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet daß zur Herstellung von Calciumaluminatzementklinkern eine Rohmischung verwendet wird, die 0 bis 5,0 Gew.-% SiO₂, 28,0 bis 56,0 Gew.-% Al₂O₃-J-TiO₂, 0 bis 7,0 Gew.-% Fe₂O₃, 14,0 bis 42,0 Gew.-% CaO, 0 bis 3,0 Gew.-% MgO, 0 bis 1,0 Gew.-% MnO, 0 bis 4,0 Gew.-% SO₃ als CaSO₄ sowie Spuren von Alkalien enthält und einen Erhitzungsverlust von 26,0 bis 33,0 Gew.-% aufweist

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet daß zur Herstellung von Calciumsilikatzementklinkern eine Rohmischung verwendet wird, die 15,0 bis 19,0 Gew.-% SiO₂, 1,5 bis 6,0 Gew.-% Al₂O₃ + TiO₂, Spuren bis 4,0 Gew.-o/o Fe₂O₃,4-4,0 bis 51,0 Gew.-% CaO, 1,0 bis 3,0 Gew.-% MgO, 0.1 bis 0,8 Gew.-% MnO, Spuren bis 3,0 Gew.-% SO₃ als CaSO₄ sowie 0,2 bis 0,8 Gew.-% Alkalien enthält und einen Erhitzungsverlust von 22,0 bis 28 Gew.-°/o aufweist.