DE2365152B2

DE2365152B2 - Verfahren und vorrichtung zum brennen von zementrohmehlen zu zementklinkern

Info

Publication number: DE2365152B2
Application number: DE19732365152
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-29
Filing date: 1973-12-29
Publication date: 1977-02-17
Also published as: DE2365152A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Brennen von Zementrohmehlen zu Zementklinkern, wobei das Rohmehl in einem Temperaturgebiet unterhalb der Garbrandtemperatur mit extrem hohem Aufheizgradienten aufgeheizt und bei in der Praxis üblichen Garbrandtemperaturen gargebrannt wird.

Zum Brennen von Zementklinkern wird das Rohmehl in Drehrohröfen eingebracht, in denen es auf Sinterternperatur und damit zum Garbrand gebracht wird. Die Erhitzung durch einen Brenner erfolgt nach dem Gegenstromprinzip. Bevor das Rohmehl gesintert und zum Garbrand geführt wird, wird es vorgewärmt. Die Vorwärmung erfolgt durch den Drehrohrofen vorge- ⁶S schaltete Schwebegaswärmeaustauscher oder nach dem Lepolverfahren auf einem dem Drehrohrofen vorgeschalteten Rost. Es sind auch nach dem Naß- oder Trockenverfahren arbeitende Drehrohröfen bekannt bei denen die Vorwärmung im ersten Teil des Drehrohrofens selbst erfolgt- Im Anschluß an die Vorwärmung des Rohmehls erfolgt die Dehydratation der Tonminerale und die Entsäuerung des Calciumcarbonates im wesentlichen in der Calcinierzooe, die bei langen Naß- und Trockendrehrohröfen mit einer Länge von 100 bis 230 m und bei Drehrohröfen mit vorgeschalteteten Wärmeaustauschern mit einer Länge von 36 bis 110 m bis ca. 60% der Drehrohrofenlänge ausmacht

Bei bisherigen Verfahren hat das Rohmehl nach erfolgter Vorwärmung auf eine Temperatur von 500 bis 800⁰C bis zum technischen Garbrandbereich mit einer Temperatur von ca. 1350 bis 1500⁰C im Ofen eine Verweilzeit von mehr als 60 Min. Die Temperatursteigerung pro Zeiteinheit und Längeneinheit des Drehrohrofens ist entsprechend gering. Bei diesen Drehrohröfen liegt die Garbrandzone im letzten Zehntel bei langen, im letzten Fünftel bei kurzen öfen. Bisher wurde die Auffassung vertreten, daß die vorbeschriebenen Verweilzeiten in Drehrohrofen aufgrund der ablaufenden Reaktionen unbedingt erforderlich sind, um Zementklinker für die Herstellung genormter Zemente brennen zu können.

Es wurde nun erkannt, daß bei bisheriger Arbeitsweise aas nach der Entsäuerung im Vorwärmsystem vorhandene freie CaO nur zum Teil direKt in die Klinkerphasen umgewandelt wird, die auch im fertigen Portlandzementklinker vorhanden sind. Ein Teil des bei der Entsäuerung entstehende CaO verbleibt bis zur Sintertemperatur ungebunden und unterliegt während des Aufheizprozesses einer Rekristallisation, d. h. sein aktiver Zustand im Zeitpunk? dsr Entsäuerung geht je nach Prozeßführung mehr oder weniger verloren. Darüber hinaus entstehen unterhalb der Garbrandtemperatuten, insbesondere im Bereich von 800 bis 1250 C Klinkerphasen (Ji-CaS bzw. Belit) und intermediäre Phasen, z. B. Melilithe und Wollastonit. Sowohl das oben aufgeführte rekristallisierte CaO als auch ein Teil des ß-CzS bzw. Belit und die intermediären Phasen müssen in der Garbrandzone zum CjS(AHt) bzw. den restlichen Klinkerphasen umgesetzt werden. Die Bildung und Rekristallisation der intermediären Phasen bedingen einen erhöhten Energieaufwand und längere Verweilzeiten in der Garbrandzone zur Erreichung des Klinkergarbrandes.

Durch die DL-PS 97 409 ist ein Verfahren zum Brennen von Zementrohmehlen zu Zementklinkern vorgeschlagen worden, wobei das Rohmehl in einem Temperaturgebiet unterhalb der Garbrandtemperatur zwischen etwa 1100 und 1350⁰C mit extrem hohem Aufheizgradienten aufgeheizt und bei in der Praxis üblichen Garbrandtemperaturen gargebrannt wird. Technische Lösungen sind nicht angegeben worden.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Bildung und Rekristallisation der intermediären Phasen zu unterdrücken und einen Zementklinker bei kurzer Verweilzeit im Ofen mit geringerem Energie- und Investitionsaufwand zu brennen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Brennen von Zementrohmehlen zu Zementklinkern, wobei das Rohmehl in einem Temperaturgebiet unterhalb der Garbrandtemperatur mit extrem hohem Aufheizgradienten aufgeheizt und bei in der Praxis üblichen Garbrandtemperaturen gargebrannt wird, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in einem nach dem Gegenstromprinzip betriebenen Drehrohrofen das

Zementrohmehl unmittelbar nach dem Durchlaufen der in einem Temperaturbereich von 500—800⁰C liegenden Vorwärmzone durch erhöhte Transportgeschwindigkeit bei verringerter Betthöhe in einem Zeitraum von 5 bis 10 Minuten auf eine Garbrandtemperatur von 1350— J450°C aufgeheizt wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß einmal der Aufheizgradient nicht unterhalb der Garbrandtemperatur, sondern unmittelbar nach dem Vorwärmen auf 500 bis 800⁰C erhöht wird und w weiterhin eine klare technische Lehre gegeben wird über die Maßnahmen, die zu dieser Erhöhung führen, nämlich eine Erhöhung der Transportgeschwindigkeit bei verringerter Betthöhe. Dadurch kann das zu brennende Rohmehl bei der kurzen Verweildauer im Ofen durchgebrannt werden. Die Garbrandzone ist zeitlich und räumlich möglichst nahe an die Vorwärmzone herangeführt

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine ausgeprägte Calcinier- und Aufheizzone vor dem Garbrandbereich, in der die vorerwähnte Bildung und Rekristallisierung der intermediären Phasen erfolgt, ausgeschaltet. Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich zugleich eine bessere Mahlbarkeit des Klinkers und ein besseres Ausbringen der Alkalien mit dem Brenngut aus dem Kreislauf, was zu geringeren Anbackungen im Ofen und im Vorwärmsystem führt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich, daß das Rohmehl nach erfolgter Vorwärmung auf ca. 500 bis 800⁰C bis zum Garbrand nur eine Zeit von etwa 5 bis 10 Minuten benötigt, wobei dieser Zeitraum nach eriolgter Vorwärmung bis zum Garbrand von den verwendeten Ofensystemen abhängt. Bei kurzen Drehrohrofen mit vorgeschalteten Wärmeaustauschsystemen beträgt die Zeit ca. 5 Minuten, bei langen Trocken- oder Naßdrehöfen ca. 10 Minuten.

Um den Garbrand in unmittelbaren Anschluß an die Vorwärmung und die Calcinierung während des steilen Temperaturanstieges zum Garbrand zu erreichen, wird in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß in der Garbrandzone in an sich bekannter Weise mit Sauerstoff angereicherter Luft gearbeitet wird. Dadurch erfolgt eine hohe Energiezufuhr in Verbindung mit geringeren Mengen an Abgasen.

Um den Garbrand im unmittelbaren Anschluß an die Vorwärmung und die Calcinierung während des steilen Temperaturanstieges zum Garbrand vornehmen zu können, sind verschiedene bauliche Maßnahmen möglich. So wird bei nach dem Naß- oder Trockenverfahren arbeitenden Drehrohrofen vorgeschlagen, daß der Drehrohrofen im Anschluß an die Vorwärmzone eine konische Erweiterung und daran anschießend einen zylindrischen Teil enthalten. Bei kurzen Drehrohrofen mit Lepol- oder Schwebegas-Wäremaustauschersystemen wird vorgeschlagen daß diese am Materialeinlauf eine konische Erweiterung und dan»n anschließend einen zylindrischen Teil enthalten.

Besonders vorteilhaft ist die weitere erfindungsgemäße Maßnahme, daß der konische Teil und der sich daran in Bewegungsrichtung des Gutes anschließende zylindrische Teil des Drehrohrofens ein Verhältnis von etwa 1 :1 bisl : 1,5 haben.

In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die konische Erweiterung eine Konizität von ca. 8% bei einer Neigung des Drehrohrofens von ca. 2% aufweist und der Drehrohrofen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 0,4 m/sec rotiert.

Durch die konische Erweiterung, die im Anschluß an die Vorwärmzone vorhanden ist, ergibt sich, daß das Gut dort mit erhöhter Ttansportgescbwindigkeh und geringerer Betthöhe vorliegt, so daß ein rascherer Wärmeaustausch erzielt wird. Dadurch schließt sich bei steilem Temperaturanstieg der Garbrand an die Vorwärmung an. Diese Wirkungen werden durch die Maßnahme erhöht, dem Drehrohrofen eine Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 0,4 m/sec zu geben.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die grafische Darstellung des Temperaturverlaufes bei herkömmlichen und erfindungsgemäßen Zementklinker-Brennverfahren,

F i g. 2 im wesentlichen schematisch einen Drehrohrofen bisheriger Konzeption.

F i g. 3 im wesentlichen schematisch einen Drehrohrofen erfindungsgemäßer Konzeption.

F i g. 1 zeigt auf der Ordinate die Guitemperatur in ° C und auf der Abszisse in Längeneinheiten das Vorwärmsystem und den Drehrohrofen. Die Abszisse ist unterteilt in einen Abschnitt A für das Vorwärmsystem und einen Abschnitt B für den Drehrohrofen. Es sei verstanden, daß der Abschnitt A ein Lepolrost bzw. Schwebegaswärmeaustauschersystem sein kann. Es ist auch möglich, daß der Abschnitt A bei langen, nach dem Naß- oder Trockenverfahren arbeitenden Drehrohrofen der in Bewegungsrichtung des Gutes gesehene Teil des Drehrohrofens zur Vorwärmung sein kann.

in voller Linie ist die bisherige Guttemperatur dargestellt mit der Maßgabe, daß im Vorwärmsystem eine Vorwärmtemperatur von ca. 8O⁰C erreicht wird. Die Kurve hat im Anschluß an 800⁰C eine Abflachung mit nur geringer Steigung zu einer Temperatur von etwa 115O⁰C. Ab 1150⁰C ist der steile Temperaturanstieg vorhanden, der zum technischen Garbrand oberhalb 135O°C führt. Die voll ausgezogene Linie zeigt somit, daß zwischen dem Erreichen der Vorwärmtemperatur bei 800⁰C und dem Beginn des Garbrandes vine weite Übergangszone vorhanden ist, die sich über ⁴Λ der Länge B des Drehrohrofens erstreckt und im Temperaturbereich von etwa 500 bis 1000°C als Calcinierzone bezeichnet wird. In dieser sich über ^Ah des Drehrohrofens erstreckenden Übergangszone erfolgt somit lediglich ein Temperaturanstieg von 800 auf 1150⁰C. Die Garbrandzone ist im letzten Fünftel des Drehrohrofens vorhanden. Sofern der Drehrohrofen nach F i g. 2 eine Länge von 40 m hat, erfolgt somit der Garbrand im Bereich von 32 bis 40 m vom Ofeneinlauf entfernt.

In gestrichelter Linie ist das erfindungsgemäße Brennen angegeben. Im Anschluß an die Vorwärmung auf eine Temperatur von beispielsweise 750⁰C erfolgt ein steller Temperaturanstieg, so daß die Calcinierung in den stellen Temperaturanstieg zum Garbrand und der Garbrand bei Temperaiuren ab 135O⁰C in einem Bereich von 7 bis 15 m ab Drehrohrofeneinlauf fällt. Aus F i g. 1 ergibt sich, daß nach der erfindungsgemäßen Lösung Drehrohröfen von sehr kurzer Länge verwendet werden können und diese bei gleicher Ofenleistung weniger als halb so lang sind wie Drehrohrofen herkömmlicher Art.

F i g. 2 zeigt im wesentlichen schematisch einen Ofen herkömmlicher Bauart. Das Rohmehl tritt in angegebener Pfeilrichtung C vom Vorwärmsystem in den Drehrohrofen ein und gelangt aus diesem in angegebener Pfeilrichtung D zum Kühler. Der Drehrohrofen nach F i g. 2 hat nachfolgende Daten:

Länge:

Lichter Durchmesser:

Neigung:

Ofendrehzahl:

Gutgeschwindigkeit:

Leistung:

40 m 2,85 m 3,5% bzw. 2° 1 U/min 0,52 m/min 415 t/d

Im Vergleich zu Fig.2 ist der erfindungsgemäße Drehrohrofen nach Fig.3 um mehr als die Hälfte verkürzt. Auch nach F i g. 3 tritt das vorgewärmte Mehl bei Cin den Drehrohrofen ein und gelangt aus diesem in einen nicht dargestellten Kühler. Der Drehrohrofen hat am Einlauf eine Konizität von 8% in der Weise, daß er sich mit dieser Konizität bis fast zur halben Länge des Drehrohrofens erweitert und dann in die zylindrische Form übergeht. Er hat nachfolgende Daten:

Gesamtlänge:
Zylindrischer Teil:
Konischer Teil:
Lichter Durchmesser

17m 10m 7m

Zylindrischer Teil: 2,85 m

Lichter Durchmesser am

Ofeneinlauf: 1,80 m

Mittlere Gutgeschwindigkeit

im zylindrischen Teil: 0,5 m/min

Mittlere Gutgeschwindigkeit

im konischen Teil: 2,13 m/min

Neigung des Gesamtofens: 2% bzw. 1,15°

Konizität: 8% bzw. 4,6°

Ofendrehzahl: 1,7 U/min

Leistung: ca. 415 t/d

In gestrichelter Linie ist in Fig.3 das Vorwärmsystem wie bei langen Trocken- oder Naßdrehöfen dargestellt. In den F i g. 2 und 3 sind die Vorwärmsysteme nach dem Lepol- oder Schwebegas-Wärmeaustausch zeichnerisch dargestellt.

Es sei verstanden, daß die zu den F i g. 2 und 2 angegebenen Daten beispielhaft sind, die den großer Unterschied zwischen herkömmlichen und erfindungs gemäßen Drehrohrofen erkennen lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Brennen von Zementrohmehlen zu Zementklinkern, wobei das Rohmehl in einem Temperaturgebiet unterhalb der Garbrandtemperatur mit extrem hoben Aufheizgradienten aufgeheizt und bei in der Praxis üblichen Garbrandtemperaturen gargebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem nach dem Gegenstromprinzip betriebenen Drehrohrofen das Zementrohmehl unmittelbar nach dem Durchlaufen der in einem Temperaturbereich von 500—800⁰C Hegenden Vorwärmzone durch erhöhte Transportgeschwindigkeit bei verringerter Betthöhe in einem Zeitraum von 5—10 Minuten auf eine Garbrandtemperatur von 1350— 1450⁰C aufgeheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in der Garbrandzone mit Sauerstoff angereicherter Luft gearbeitet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß lange, nach dem Naß- oder Trockenverfahren arbeitende Drehrohröfen im Anschluß an die Vorwärmzone eine konische Erweiterung und daran anschließend einen zylindrischen Teil enthalten.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kurze Drehrohröfen mit Lepol- oder Schwebegas-Wärmeaustauschersystemen am Materialeinlauf eine konische Erweiterung und daran anschließend einen zylindrischen Teil enthalten.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Teil und der sich daran in Bewegungsrichtung des Gutes anschließende zylindrische Teil ein Verhältnis von etwa 1 :1 bis 1 :1,5 haben.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet daß die konische Erweiterung eine Konizität von 8% bei einer Neigung des Drehrohrofens von ca. 2% aufweist, und der Drehrohrofen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 0,4 m/sec rotiert.

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