DE2322701A1

DE2322701A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die expansion von schiefertongranulaten

Info

Publication number: DE2322701A1
Application number: DE2322701A
Authority: DE
Inventors: Charles Fernand Boutry
Original assignee: Houilleres du Bassin du Nord et du Pas de Calais
Current assignee: Houilleres du Bassin du Nord et du Pas de Calais
Priority date: 1972-05-25
Filing date: 1973-05-05
Publication date: 1973-12-13
Also published as: GB1421281A; FR2186021A5; ES415171A1; GB1421282A; DE2322701B2

Description

PATENTANWÄLTE

Dr. Andrej e w ski

D r. - Ing. H ο η ke 2322701

Dipl.-Ing· Gesthuysen
Essen, Theaterplatz 3
Tdefoe 223994

Essen, den j3. Mai 1975 (41 559/W)

HOUILLERES DU BASSIN DU NORD ET DU PAS-DE-CALAIS in Douai (Nprd) Frankreich

Verfahren und Vorrichtung für die Expansion von Schiefertongranulaten· Priorität : Frankreich, rom 25. Hai 1972

Es ist bekannt, dass expandierte Granulate aus Schiefertonen erzielt werden können. Diese Schiefer, die unvermeidlich die aus den Bergwerken geförderten Kohlenerzeugnisse begleiten, enthalten einen gewissen Anteil an Kohlenstoff sowie an Eieenoxyden und insbesondere an Eiam-III-Oxyd. Die Erfahrung hat gezeigt, dass es möglich ist diese Eigenschaften auszunutzen, um die thermische Expansion der durch Zer-Eaälung und Aggloraerierung der Schiefertone erzielten schieferhaltigen Granulate zu verwirklichen* Derartige expandierte Granulate können für die Herstellung von Leichtbeton verwendet werden, der ebenfalls ein verbessertes Warne- und Schallisoliarvermögen aufweist»

Es handelt sich darue, Granulate mit geringer Dichte« hoaogener Struktur und guter Sinterung zu erhalten, die zu einer sehr geringen offenen Porosität der Granule führen« Dieses Ergebnis kann durch Warereduzierung der Eisenoxyde durch den in den Schiefern vorhandenen Kohlenstoff unter Bildung von Gas (Kohlenoxyd und Kohlensäureanhydrid) im Innern der Granule erzielt werden, die, d& sie eich in thermoplastischem Zustand befinden, eine Expansion erfahren· Di· Expansionstempera-

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tür hängt von den gewünschten spezifischen Massen ab ; sie kann zwischen 1 28O°C und 1 450⁰C schwanken. Die expandierten Granule werden ansehlie» 6send durch eine schnelle Abkühlung unter ihre Erweichungstemperatur, die ihre Struktur fixiert, in den festen Zustand zurückgeführt.

Ee iet festgestellt worden, dass dieser Expansionsprozess nur dann in zufriedenstellender Weise verläuft, wenn der Kohlenstoffgehalt des Granulates 1 Gew.-% nicht überschreitet und vorzugsweise einen Wert zwischen 0,3 und 0,5 % aufweist. Ferner ist es vorteilhaft, dass das Granulat eine gewisse Menge an Eisen-II-Oxyd enthält, wodurch die Erweichungstemperatur abgesenkt und der Thermoplastizitätsbereich der Granule erweitert wird. Schliesslich sollen der Kohlenstoff und die Eisenoxyde in homogener Weise im Innern jedes Granule verteilt sein.

Granulate mit diesen Eigenschaften werden durch Entkohlung der Schiefertone und Reduktion ihrer Eisen-III-Oxyde zu Eisen-Il-Oxydea mittels einer Vorbehandlung erzielt wie jene, die in der am eingereichten deutschen Patentanmeldung Nr. für s

"Verfahren und Vorrichtung zur Vorbehandlung für die Expansion iron Schiefertongranulaten" im Namen der Anmelderin beschrieben ist*

Bei den bekannten Techniken erfolgt die Steuerung dee Expamsionsprozesses der Granulate von Hand. Die vorliegende Erfindung hat siij? Aufgabe, eis Verfahren zur automatischen Steuerung zu schaffen, das es ermöglicht, in optimaler Weise die Expansion verschiedenartiger Granula» te und insbesondere entkohlter, schieferhaltiger Granulate zu erziele®» Nach diesem Verfahren wird in einem Drehofen eine genaue Eiaetellis&g ä<sr Sxpansionstemperatur mit Hilfe von zwei Regelschleifen verwirklicht innerhalb enger Grenzen gehalten, von denen die eine auf der der aus dem Ofen, in der Nähe des Eintritte des Granulat©, austretendem Hauchgase beruht und infolgedessen den Aufheisgrad des Ofens bestimmt₉ während die andere auf der Temperatur eines Mittels zur Abkühlung des expandierten Granulatee beruht und den Abkühlungsgrad bestimmt. Um im

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Verlaufe der Expansion das Auftreten unerwünschter Klebungserscheinungen der Granule untereinander und mit der Ofenwand zu vermeiden, ist es vorteilhaft, dem zu expandierenden Granulat gewisse Mengen an Sauden beizufügen, die aus dem expandierten Granulat entfernt werden·

Die Erfindung betrifft ebenfalls Vorrichtungen zur Ermöglichung des Einsatzes eines derartigen Verfahrens. Diese Vorrichtungen unfassen in der Hauptsache einen Expansionsdrehofen, dessen Eintritt mit einem King zur Verbindung mit einem Entkohlungsofen versehen ist. Eine Düse, deren Stellung einstellbar ist und die sich auf der Austrittsseite des Ofens befindet, erzeugt eine Flamme, die diesen letzteren bis zu seinem Eintritt durchquert. Der Ofen umfasst ebenfalls wenigstens ein Organ zur Gebläseluftkühlung, sowie Organe zur Temperaturmessung, die -Segelorgane steuern, welche auf die Einstellung der Düse und den Kühlluftdurchsatz einwirken und somit eine automatische Steuerung des Expansionsprozesses ermöglichen. Ferner bringen Zuführungsrohre im Bereich des Ofeneintritts Sande ein, die dazu bestimmt sind, das Kleben der Granule zu vermeiden. Weiterhin ist der Sintrittsabschnitt mit pneumatischen Kaltluftablenkorganen versehen.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt in schematisch geschnittener Darstellung einen erfindungsgemässen Expansionsofen.

Der Expansionsofen umfasst eine zylindrische Kammer 1, die um ihre leicht gegen die Horizontale geneigte Achse in eine Drehbewegung versetzt werden kann, eine Düse 2, die eine Flamme 3 erzeugt, welche die Gesamtheit des Ofens in seiner Längsrichtung durchläuft, eine Eintrittehaube 4·, die die Verbindung dee Ofens mit einem vorgeschalteten Entkohlungeofen (nicht dargestellt) gewährleistet, und eine Auetrittehaube 5· Die Eintrittehaube k besitzt eine Schurre 6 zur übergabe des Granulates 7 tos Entkohlungeofen zum vorliegenden Expansionsofen· Auf

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der Schurre 6 und am Eintritt des Ofenraumes vermischt sich das Granulat mit Sanden, die durch drei Rohre 8, 9« 10 eingeführt werden. Sin Gebläserohr 11 richtet auf den Eintrittsbund 12 des Ofens einen Luftstrahl mit geringem Durchsatz, aber unter hohem Druck, der das Gemisch aus Graniilen und Sanden ins Innere des Ofens zurückdrängt und die Verstopfung des genannten Bundes verhindert. Das Gemisch bewegt sich im Innern des Ofens fort, wobei durch die ziemlich schnelle Drehung des Ofens (seine Umfangsgeschwindigkeit beträgt etwa 45 bis 70 cm/s) eine sehr steile Böschung 13 gebildet wird. Bei seinem Austritt aus dem Ofen gelangt das Gemisch auf eine Schurre 14, die sich im Innern der Haube 5 befindet und es zu einer nachgeschalteten und nicht dargestellten Kühlvorrichtung weiterleitet.

Die Expansion der Granule im Verlaufe des Fortschreitene des Gemisches erfolgt gemäss mehrerer Phasen, die aufeinanderfolgenden Ofenzonen entsprechen. In der Zone A wird das Granulat durch die Sande umhüllt und erfährt eine erste Erwärmung, wobei die auf den Ebenen a und b dieser Zone erreichten Temperaturen in dem vorliegenden Beispiel jeweils 1 150⁰C und 1 250⁰C betragen. Die Zonen B und C entsprechen dem heissesten Teil der Flamme'3 und nehmen in dem Ofen eine merklich mittlere Stellung ein. Die für die Expansion erforderliche Temperatur, die hier 1 400°C beträgt, wird auf der Ebene c erreicht, die den Anfang der Zone B kennzeichnet. Die Expansion beginnt also in dieser Zone, in der •die Umhüllung des Granulates mit Sand abgeschlossen ist, und setzt sich bis zum Ende der Zone C fort, wo die Temperatur einen Höchstwert erreicht (1 h20°G an den Punkten d und f, 1 43O⁰G auf der Ebene e). In der Zone D beginnt die Abkühlung des Gemisches, wobei sich -ein grosser Teil des Sendee von dem expandierten Granulat löst. Anschliessend wird das Gemisch in der Zone E einer schnellen Abkühlung unterworfen, die die Beibehaltung der Struktur der expandierten Granül* durch einen Härtungsvorgang dank eines Luftstromes 18 gewährleistet, der von einem Geblase

15 am Austritt des Ofens im Gegenstrom zum Fortschreiten des Granulates ausgestossen wird. Am Punkt £, wo die Abkühlzone E beginnt, beträgt die Temperatur etwa 1 28O°C. Dieser Luftstrom 18 kann Warmluft sein, die für die Abkühlung des expandierten Granulates am Austritt des Ofens verwendet worden ist·

Es ist wichtig, die Temperatur der Zone C, in der die Expansion erfolgt, mit einer hohen Genauigkeit einzustellen. In der Tat würde eine zu hohe Temperatur ein zu starkes Erweichen der Granule bewirken, aus denen die Expansionsgase zu leicht entweichen würden·, während eine zu niedrige Temperatur eine zu grosse Viskosität hervorrufen würde, die die Expansion behindern und heterogen machen würde. Diese Temperatur Q muss auf einen Wert zwischen 1 280°C und 1 ^50⁰C eingestellt werden, und zwar gemäss der spezifischen Masse, die für das expandierte Granulat gewünscht wird ; sie wird mittels eines (nicht dargestellten) optischen Pyrometers kontrolliert, das eine kleine Zone P der Ofenwand, in der Mitte der Zone C (auf der Ebene e_), gerade vor der Böschung 13 in der Drehrichtung des Ofens anvisiert. Diese von diesem Pyrometer gelieferte Messung ist jedoch nicht genau genug, um als Referenz für ein System zur Regelung der Expansionstemperatur θ zu dienen, da sie von den veränderlichen, im Innern des Ofens herrschenden Verstaubungs- und Rauchverhältnissen zu stark beeinflusst wird.

Infolgedessen beruht die Wärmeregelung des Ofens auf einem' Temperaturfühler 16, der die am Eintritt des Ofens herrschende Temperatur T misst· Dieser Fühler wird von dem Ende der Flamme 3 aufgrund der verhältnismässig geringen Länge des Ofens bestrichen und folgt daher mit einer sehr geringen Verzögerung den Temperaturschwankungen des Ofens und insbesondere denen der Temperatur in der Expansionszone C. Eine (nicht dargestellte) Regelvorrichtung wird von dem Temperaturfühler 16 gesteuert und wirkt auf den die Düse 2 speisenden Brennstoffdurchsatz derart ein, dass der Wert der Temperatur T konstant bleibt. Ee ist fest-

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gestellt worden, dass diese letztere etwa 250 C unter der Temperatur θ liegt. Somit ist bei dem vorliegenden Beispiel, bei dem die optimale Expansionstemperatur 1 ^3O°C beträgt, die Segelvorrichtung derartί^;eingestellt, dass die Temperatur T auf einen Wert von 1 18O°C gehalten wird.

Die Erfahrung zeigt, dass die Umkehrspanne dieser Regelschleife 5 bis 10 C beträgt. Die entsprechenden Temperaturschwankungen sind durch die etwa gleichwertigen Schwankungen der Temperatur Θ und der Temperatur t nachweisbar, die am Austritt des Ofens herrscht. Um die Regelung der Temperatur β zu verfeinern, wird eine andere (nicht dargestellte) Regelvorrichtung verwendet, die von einem Temperaturfühler gesteuert wird, der die Temperatur t misst, und auf den Drosselschieber für den Durchsatz des Gebläses 15 einwirkt, um die eingelassene Luftmenge zu erhöhen, wenn t ansteigt und sie zu verringern, wenn t absinkt. Auf diese Weise werden die mechanischen Schwankungen der Einstellung der Temperatur T durch entgegengesetzte Schwankungen der Temperatur t ausgeglichen. Somit bleibt die Temperatur θ auf 2 oder 3°C genau merklich konstant.

Diese letztere Regelschleife berücksichtigt ebenfalls die Schwankungen des Restkohlenstoffgehaltes der Granule.

Im Verlaufe seines JPortschreitens durch den Ofen gibt das Granulat das Kohlenoxyd frei, das in den Rauchgasen des Ofens, ausserhalb der keine Luft enthaltenden Böschung 13, über die gesamte Länge des Ofens verbrennt, und zwar mit Ausnahme des Endbereiches der Zone E, in dem die von dem Gebläse 15 ausgeblasene Luft in die Böschung eindringt. ' An dieser Stelle verwandelt sich das Kohlenoxyd in Kohlensäureanhydrid unter Entwicklung von Wärme, die den Temperaturfühler 17 beeinflusst. Die Schwankungen dieser Wärmeentwicklung, die auf die Temperatur der aus dem Ofen austretenden Granule einwirkt, werden automatisch durch denselben Regler ausgeglichen, der den Luftdurchsatz des Gebläses 15

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steuert.

Die Gesamtheit dieser Regelvorrichtungen ermöglicht die automatische Erzielung einer angemessenen Einstellung des Expansionsvorganges, der durch ein Diagramm gekennzeichnet werden kann, dessen praktisch unveränderliche Form von verschiedenen Parametern abhängt wie die Abmessungen des Ofens, seine Drehgeschwindigkeit, die Einbringungsweise und die Art der beigegebenen Sande, die Art der feuerfesten Stoffe und des Brennstoffes, usw. Aber dieses Diagramm bezieht sich auf Granulate, deren thermische Kenndaten sich durch ihre Korngrössenklaase unterscheiden. Somit entspricht einem feineren und sich also schneller erwärmenden Granulat eine Expansionszone, die dem Eintritt des Ofens näher liegt, wohingegen sie für ein gröberes Granulat weiter davon entfernt ist. Diesen Schwankungen wird dadurch begegnet, dass die TAxbq 2 mehr oder weniger weit in das Innere des Ofens eingeführt wird, und zwar gemäss der Längsachse dieses letzteren, um den Höchsttemperaturbereich stets an dieselbe Stelle zu bringen.

Um eine zufriedenstellende Expansion der Granule zu erreichen ist es vorteilhaft, diesen bei ihrem Eintritt in den Ofen Sand beizumengen, um das Kleben der Granule untereinander und auf der Ofenwand zu vermeiden· Das optimale Ergebnis wird erreicht, wenn mehrere Sandarten mit hohen Kieselerdegehalt durch getrennte Zuführungsrohre eingebracht werden.

Hierzu treiben drei Bohre 8, 9, 10 die Sande durch einen^Kaltluft strom unter hohem Druck in den Ofen· Das Bohr 8 setzt auf der Eintritt es churre 7 einen frischen, ziemlich körnigen Sand (300 bis 800 Mikron) ab ; da er oberhalb von 1 ^50⁰C sintert, kann er den gesamten Ofen ohne Singbildung durchlaufen und somit den zufälligen Viskositätsschwankungen der Granulate begegnen, die insbesondere auf das Auftauchen interner Masse der Granule an der Oberfläche derselben.am Ende der Expansion zurückgehen. Ber Sand dieser Art bildet etwa 10 % der gesagten

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eingesetzten Sandmenge.

Das Bohr 9 bringt am Eintritt des Ofens einen frischen, feineren Sand ein (100 bis 300 Mikron), der die Granule umhüllt, sobald die Erscheinung der oberflächlichen Verklebung auftritt ; der Anteil dieses Sandes beträgt etwa 20 %l ,

Der restliche Sand, d.i. etwa 70 %, wird durch das Bohr 10 am Eintritt der Zone B des Ofens eingebracht, wo die Expansion einsetzt. Es kann eich hierbei um einen Rückgewinnungesand kandeln (dessen Körnung sich von 100 Mikron bis 800 Mikron erstreckt), der aus einem vorhergehenden Ofendurchgang stammt· Die Verwendung eines derartigen Sandes in bedeutenden Proportionen ermöglicht alsdann eine beträchtliche Einsparung in Hinblick auf die erforderliche Frischeandmenge.

Es versteht sich von selbst, dass, ohne den Bahmen der Erfindung zu verlassen, Modifikationen an den verschiedenen vorstehend beschriebenen Phasen des Prozesses und Aueführungsformen der Geräteausrüstung vorgenommen werden können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. - Verfahren, zur Expansion von Granulaten, silizium-tonerdehaltiger Stoffe, die einen geringen Anteil an Kohlenstoff und Eisenoxyden. enthalten, insbesondere von Tonschiefern, die eine Entkohlungsbehandlung erfahren haben, das eine Erwärmung des Granulates gefolgt von einer schnellen Abkühlung umfasst, die in einem Drehofen durchgeführt werden, der das Granulat an seinem Eintritt aufnimmt und es nach der Expansion an seinem Austritt abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsprozess darin in automatischer Weise durch Regelung der Temperatur des Granulates im Verlaufe der Expansion mit Hilfe wenigstens einer ersten Einstellung gesteuert wird, die sich auf den Beheizungsgrad des Ofens in Abhängigkeit von der am Eintritt dieses letzteren gemessenen Temperatur erstreckt, und einer zweiten Einstellung, die den Abkühlungsgrad des Granulates nach der Expansion in Abhängigkeit von der am Auetritt des Ofens gemessenen Temperatur betrifft, wobei diese automatische Eegelung insbesondere die Erzielung einer optimalen Expansion der Granulate verschiedener Zusammensetzungen und Körnungen ermöglicht«

2. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur am Eintritt des Ofens mit Hilfe eines Temperaturfühlers gemessen wird, der sit einer geringen Zeitkonstante die Temperatur der aus dem. Ofen austretenden Bauchgase in der Nähe des Eintrittes des Granulates liefert und dass über eine Begelvorrichtung in Abhängigkeit von der genannten Temperatur der Brennstoffdurchsetz geregelt wird, der die Düse zur Beheizung des Ofens speist, die an Austritt des genannten Ofens angeordnet ist.

3· - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur as Austritt des Ofens Bit Hilfe eines anderen Temperaturfühlers gemessen wird, der die Temperatur eines Kühlmittels angibt, das in der Nähe des Granulates nach der Expansion eingeführt wird, und dass über eine andere Regelvorrichtung der

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Durchsatz des genannten Kühlmittels in. Abhängigkeit von der genanntes iüeeperatur eingestellt wird.

%· - Verfahren nach' einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3« dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der heissesten Zone des Ofens in. Längsrichtung geaäss der Achse dieses letzteren einstellbar ist.

5· - Verfahren nach Anspruch h_f dadurch gekennzeichnet, dass diese Einstellung durch Längsverschiebung der Düse erzielt wird.

6. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet ₉ dass das Zusammenbacken des in dent Ofen enthaltenen Granulats dadurch vermieden wird, dass ins vor der Expansion Sande mit hohes Kieselerdegehalt beigefügt «erden·

?* - Verfahren nach Anspruch G_% dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Sande mehreren Arten angehören, die getrennt an mehreren Stellen eingebracht werden.

8. - Verfahren nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, dass dem Granulat nacheinander ziemlich körniger Sand vor dem' Eintritt desselben in den Ofen und anschliessend feiner Sand nach seinem Eintritt in den genannten Ofen beigegeben wird·

9· - Verfahren nach einem der vorstehenden. Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu expandierende Granulat und die diesem beigegebenen Sande durch Einblasen eines Gasstrahles am Eintritt des Ofens zum Isnern des Ofens befördert werden.

10* - Vorrichtung zur Ermöglichung des Einsatzes eines Verfall» rens nach eineis der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zylindrischen Expansionsdrehefen umfasst« der mit einer Heisdüse versehen, deren Flamme den Ofen merklich gemäss seiner Achse durchtritt, ein erstes Temperatumessorgan as Eintritt des Ofens aufweist, das axt auf den die Düse speisenden, Brennetoffaurchsatz wirkenden Regelorganen verbunden ist, sowie ein zweites Seatperaturmessorgac. am Austritt des Ofens, das nit Regelorganen verbunden ist, die auf den

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Durchsatz eines τοη Gebläseorganen gelieferten Kühlluftstromes wirken, und ein Pyrometer zur Eraöglichung der Kontrolle der Temperatur in de« Expansionsbereich sowie Sandzuführrohre für die Vereischung mit dem Granulat besitzt, die' jeweils Tor und nach eeinea Eintritt in den Ofen Bünden.

11. - Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizdüse in Richtung der Achse des Ofens beweglich ist.

12. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 und 1t, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen mit einem Rohr zum Blasen des zu expandierenden Granulats und der diesem beigegebenen Sande versehen ist, wobei das genannte Bohr in der Nähe des Eintrittsbundes des Ofens einen zum Innern dieses letzteren gerichteten Gasstrahl abgibt·

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