DE2549845A1

DE2549845A1 - Vorrichtung zum kalzinieren von pulverfoermigen stoffen

Info

Publication number: DE2549845A1
Application number: DE19752549845
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Kobayashi; Yoshifumi Nitta
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1974-11-07
Filing date: 1975-11-06
Publication date: 1976-05-13
Also published as: JPS5343182B2; FR2290644A1; GB1478246A; BR7507384A; ES442401A1; FR2290644B1; DE2549845B2; US4039277A; JPS5154616A

Description

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Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha, Tokio

Vorrichtung zum Kalzinieren von pulverförmigen Stoffen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalzinieren feingemahlener oder pulverförmiger Stoffe in einer turbulenten Gasströmung.

Während des vergangenen Vierteljahrhunderts sind Hängevorwärmsysteme in großem Umfang für die Erzeugung von Zementklinker eingesetzt worden. Ein typisches solches Hängevorv/armsystem weist einen mehrstufigen Wärmetauscher auf, bestehend aus einem oder mehreren Zyklonen, die derart angeordnet sind, daß die Abgase aus einem Drehofen od. dgl. hintereinander die Wärmetauscherstufen durchströmen und dabei das in den Ofen einzuführende Pulver vorwärmen.

Hierbei entstehen jedoch bei einer Abgastemperatur des Ofens

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oberhalb von 1200 C beträchtliche Mantelablagerungen an den Innenwänden des Gestellendes des Ofens und der das Ofengestell mit den Zyklonen verbindenden Leitungen, wobei auch die Fließfähigkeit der pulverförmigen Stoffe vermindert werden kann und so der Betrieb des Ofens nachteilig beeinflußt wird. Wegen der sich daraus ableitenden Temperaturbeschränkung des Ofenabgases kann das Pulver bei üblichen Hangevorwarmsystemen nur zu etwa 30 bis 50 % kalziniert werden, während die restliche Kalzinierung im Drehofen erfolgen muß, der kein rationell arbeitender Wärmetauscher für diese Kalzinierreaktion ist.

Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten ist ein Hängevorwärmsystem mit einer Kalziniervorrichtung bzw. einem -ofen entwickelt worden, womit eine ausreichende Kalzinierung des Zementrohstoffes vor der Einführung in den Ofen durchgeführt werden soll. In dem beispielsweise in Fig. 3 der Anmeldung veranschaulichten bekannten System werden die Rohstoffe bei ihrer Abwärtsströmung durch drei Stufen I, II und III der Vorwärmeinheit vorgewärmt, wozu die Wärme der aus der Kalzinierstufe IV austretenden Gase verwendet wird, wonach sie zusammen mit Brennstoff in den Kalzinierofen A eingeführt werden, in dem durch Sekundärluft aus einem Kühler C und Abgase aus dem Drehrohrofen K, die tangential eingeführt werden, turbulente Gasströmungen erzeugt werden. Bei einem anderen bekannten System der in Fig. 4 der Anmeldung veranschaulichten Art werden die vorgewärmten Rohstoffe zusammen mit Brennstoff in den Kalzinierofen A einneführt, in dem alleine durch Sekundärluft aus dem Kühler C, die tangential eingeführt wird, turbulente Gasströmungen erzeugt werden. In beiden Systemen wird die bei der Verbrennung des in die turbulenten Gasströme zugeführten Brennstoffes erzeugte Wärme augenblicklich auf die Rohstoffpartikel übertragen, so daß die Verbrennung und die Kalzinierung gleich-

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7. f^s i t i q stattfinden. Hei dem -System gemäß Fin. 4 werden dip <\haasp aus dem Kalzinierofen A, die kalzinierte Stoffe enthalten, zusätzlich mit den Hochtemperaturabgasen aus dem öfen K an einer Verbindungsstelle a gemischt, so daß die i-al zini ertmg der Rohrstoffe verbessert wird, bevor die^e in den Drehrohrofen I eingeführt werden.

Da annähernd 90 % der Kalzinierung durch derartige Hängevorwärmsysteme mit einem Kaizinierofen durchgeführt wird, νird der Drehrohrofen fast vollständig von der ungünstigen Kalzinierreaktion der Rohstoffe entlastet. Daher könnte ein solches System insoferne von Vorteil sein, daß der Drehrohrofen, in dem eine beträchtliche Verschleißabtragung der hitzefesten Auskleidung stattfindet, im Vergleich zu üblichen Hängevorwärmsystemen ohne Kalzinierofen kompakt gebaut werden kann. Jedoch ist der thermische Gesamtwir-Mmnsgrad des Zementklinkerofens nicht verbessert worden, da die ungünstigen Reaktions-, Verbrennungs- und Wärmetauschverhältnisse in der Kalzinierstufe IV und weiter unten erläuterte Betriebsnachteile oder Betriebsstörungen im Klinkerofen zu einem Temperaturanstieg und einer Erhöhung des Strömungsdurchsatzes der Gase führt, die von der Kalzinierstufe TV zur Vorwärmstufe III geleitet werden.

Die auftretenden Nachteile im einzelnen sind: 1) Bei fortschreitender Kalzinierung steigt der Partialdruck von Kohlendioxyd (CO₀) an, was zu einer Verzögerung der Kalzinierreaktion führt. Als Folge hiervon ist es schwierig, die Rohstoffe sofort zu kalzinieren, wenn sie nicht auf eine Temperatur von etwa 900⁰C vorgewärmt sind.

2.) Bei beiden oben erläuterten und in den Fig. 3 und 4 dargestellten bekannten Systeme erfolgt keine direkte Wärmeübertragung zwischen den Rohstoffen und den heißen Abgasen

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aus dem Drehrohrofen. So wird bei dem System gemäß Fig» das Ofenabgas mit einer Temperatur von 1100 bis 1200°C_f mit dem etwa 20 % der Rohstoffe ausreichend kalziniert werden könnten, achtlos mit Sekundärluft mit einer Temperatur "von etwa 65O°C bis 700 C aus dem Kühler C gemischt, während bei dem System gemäß Fig. 4 die Mischung mit den Gasen mit einer Temperatur von etwa 900 C erfolgt, die aus dem Kalzinierofen A austreten. Als Folge hiervon wird eine hohe potentielle Wärme der Abgase des Ofens, die heißer sind als die zur vollständigen Kalzinierung erforderliche T<
voll eingesetzt

erforderliche Temperatur von etwa 900 C, nicht wirkungs-

3) Darüberhinaus wächst der Belag an den Innenwänden der Leitung für die Ofenabgase sehr schnell und muß häufig durch in den Wänden der Gasleitung vorgesehene Löcher abgestoßen oder abgebrochen werden. Dadurch dringt in verstärktem Umfange Leckluft in die Vorrichtung ein und stört den Betrieb.

A) Der Strömungswiderstand oder Durchzugswiderstand in der Leitung D für die Sekundärluft aus dem Kühler C ist größer als im Drehrohrofen K, so daß eine Drosselöffnung 0 od. dgl. in der Abgasleitung des Ofens vorgesehen werden muß, damit eine ausreichende Menge- an Sekundärluft in den Kalzinierofen A gelangt. Diese Drosselöffnung bringt nicht nur nutzlose Energieverschwendung mit sich, sondern muß überdies in einer Hochtemperaturzone vorgesehen werden, wo die Wachstumsgeschwindigkeit von Überzügen sehr groß ist, so daß eine genaue Strömungssteuerung schwierig wird und der Betrieb der Vorrichtung bei einem Verstopfen der Drosselöffnung zusammenbrechen kann.

Diese geschilderten Nachteile sollen mit der Erfindung beseitigt werden.

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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt im wesentlichen mit den Merkmalen des Anspruches 1, während die Ansprüche 2 bis 4 vorteilhafte Weiterbildungen zum Inhalt haben.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung«eine Teilansicht der Kalzinierstufe einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen bekannter Hängevorwärmsysteme mit einem Kalzinierofen.

In den Fig. 1 und 2 sind mit I, II, III und IV Zyklone bezeichnet, die durch Gasleitungen Ia, Ha und HIa untereinander verbunden sind und eine dreistufige Vorwärmeinheit bilden. Ein Kalzinierofen 1 ist mit einem Kalzinierbrenner versehen und mit seinem oberen Ende durch eine Gasleitung IVa mit einem Zyklon IV verbunden, so daß die Gase aus dem Kalzinierofen 1 durch den Zyklon IV, die Gasleitung IHa, den Zyklon III, die Gasleitung Ha, den Zyklon II, die Gasleitung Ia und den Zyklon I strömen und aus dem System austreten. Dieser erläuterte Grundaufbau entspricht im wesentlichen demjenigen der bekannten Hängevorwärmsysteme.

Erfindungsgemäß ist am unteren Ende des Kalzinierofen 1 ein Abscheider 3, beispielsweise ein Zyklon od. dgl. vorgesehen. Eine Leitung 7 dient zur Zuführung von Sekundärluft aus einem nicht näher dargestellten Klinkerkühler in den Abscheider 3, während eine Gasleitung 6 den Abscheider 3 mit dem Einlaßende bzv. einem dort vorgesehenen besonderen Einlaßgehäuse

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eines Drehrohrofens 4 verbindet, so daß heiße Abgase des Ofens 4 in den Abscheider 3 eingeführt werden. Diese Leitungen sind entweder in tangentialer Richtung oder über Spiral führungen an den Kalzinierofen angeschlossen. Am unteren Ende des Abscheiders 3 ist weiterhin eine Aufgabeschurre 3a zur Aufgabe der gesammelten kalzinierten Rohstoffe in den Drehrohrofen 4 vorgesehen. Zusätzlich zu den erläuterten Bauteilen sind weiterhin ein Förderer 8 für die Rohstoffe, Schurren Ib und Hb zur Aufgabe der in den Zyklonen I bzw. II abgeschiedenen und gesammelten Rohstoffe in die Gasleitungen Ha und IHa vorgesehen. Weiterhin ist eine Schurre IHb zur Beschickung des Kalzinierofens mit im Zyklon III abgeschiedenen und gesammelten Rohstoffen vorgesehen. Schließlich ist eine weitere Schurre IVb zur Aufgabe der im Zyklon IV abgeschiedenen und gesammelten kalzinierten Stoffe in den unteren Abschnitt der Gasleitung 6 vorgesehen.

Zur Vereinfachung des Verständnisses sei angenommen, daß gemäß Fig. 1 und 2 ein Kalzinierbrenner 2 beispielsweise, an der Decke des Kalzinierofens 1 vorgesehen ist. Bevorzugt werden jedoch Mehrfachbrenner 2 am konischen Abschnitt des Kalzinierofens 1 und/oder im Bereich des Sekundärluftzutrittes zum Abscheider 3 vorgesehen.

Nachfolgend soll die Arbeitsweise des im Aufbau vorstehend erläuterten Systems dargelegt werden. Die Zementrohstoffe oder das Pulver, nachfolgend einfach als Rohstoffe bezeichnet, werden mittels des Förderers 8 in die Gasleitung Ia nach unten eingeworfen, so daß sie in dem nach oben gerichteten Abgasstrom schweben und in den Zyklon I eingeführt werden. Im Zyklon I werden die Rohstoffe vom Abgas getrennt und über die Schurre Ib in die Gasleitung Ha eingeführt. Ebenso durchwandern die Rohstoffe den Zyklon ΙΓ, die Schurre Hb, die Gasleitung IHa, den Zyklon III und die Schurre HIb

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in der angegebenen Reihenfolge. Auf diese Weise werden sie Stufe für Stufe durch Wärmetausch mit den heißeren Gasen vorgewärmt, bevor sie in den Kalzinierofen 1 eingeführt, werden.

Im Kalzinierofen 1 werden die Rohstoffe in die durch die Sekundärluft aus dem Kühler durch die Sekundärluftleitung und die Abgase aus dem Drehrohrofen 4 durch die Abgasleitung 6 erzeugten turbulenten Gasströmungen eingeworfen und d\irch die Verbrennungswärme des gleichzeitig über den Brenner eingeführten Brennstoffes kalziniert, wobei eine "Primärkalzinierung" erfolgt, die inhen Rohstoffen noch einige nicht kalzinierte Anteile läßt. Nach dieser Primärkaiζinierung werden die Rohstoffe von den Gasen durch die Gasleitung IVa in den Zyklon IV eingeführt, wo sie von den Verbrennungsgasen getrennt werden.

Alle primärkalzinierten Rohstoffe, die im Zyklon IV abgeschieden werden, oder auch nur ein Teil davon, wird in die Gasleitung 6 eingeführt, während verbleibende Rohstoffe in der mit unterbrochenen Linien in Fig. 1 und 2 veranschaulichten Weise in das Beschickungsende 5 des Drehrohrofens eingeführt werden. Die in die Gasleitung 6 eingeführten primärkalzinierten Rohstoffe schweben in der Abgasströmung aus dem Ofen und werden so weiter aufgeheizt, so daß die un— kalzinierten Anteile, die in den primärkalzinierten Rohstoffen enthalten sind, fast vollständig kalziniert werden. Diese Rohstoffe, die also eine "Sekundärkalzinierung" durchlaufen, werden in den Abscheider 3 geschwemmt, wo sie aus den Abgasen abgeschieden und durch die Schurre 3a in den Drehrohrofen 4 eingeführt werden. Die von den Rohstoffen befreiten wirbelnden Abgase erzeugen zusammen mit der durch die Luftleitung 7 tangential eingeführten Sekundärluft die turbulenten Strömungen im Kalzinierofen 1.

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Die auf etwa 700°C in den drei Stufen des Wärmetauschers vorgewärmten Rohstoffe werden weiter auf etwa 830 C bis 840⁰C aufgeheizt und kalzinieren zu etwa 70 bis 80 % durch die Verbrennungswärme im Kalzinierofen 1 . Die so erhaltenen primärkalzinierten Rohstoffe werden in der Gasleitung 6 durch das Abgas aus dem Ofen mit einer Temperatur von etwa 1000°C bis 1200°C auf 86O°C bis 88O°C weiter aufgeheizt, wodurch die bis dahin unkalzinierten Anteile der Rohstoffe kalziniert werden. Die auf diese Weise sekundärkalzinierten Rohstoffe, die fast vollständig kalziniert vorliegen, werden sodann in den Drehrohrofen 4 eingeführt.

Die in der erläuterten Weise arbeitende erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber den bekannten Systemen gemäß Fig.3 und 4 entscheidende Vorteile auf.

Der Prozentsatz der Kalzinierung der primärkalzinierten Rohstoffe in den Verbrennungsgasen, deren Kohlendioxydpartialdruck bei etwa 30 % liegt, liegt zwischen dem Kalzinierofen 1 und dem Zyklon IV um 10 bis 20 % niedriger als der entsprechende Prozentsatz bei im bekannten System kalzinierten Rohstoffen (etwa 90 %), so daß die restliche Kalzinierung durch Gase erfolgen kann, die den Zyklon IV mit einer gegenüber dem bekannten
niedrigeren Temperatur verlassen.

mit einer gegenüber dem bekannten System um 30°C bis 50°C

Die Abgase aus dem Ofen mit ihrem hohen Wärmeinhalt, der nicht durch kältere Gase wie die Sekundärluft aus dem Kühler C (im Falle des Systems gemäß Fig. 3) oder durch die Abgase aus dem Kalzinierofen (im Falle des Systems gemäß Fig. 4) beeinträchtigt wird, heizen die primärkalzinierten Rohstoffe auf und kalzinieren deren unkalzinierten Anteil (etwa 20 bis 30 %), wozu die primärkalzinierten Rohstoffe unverzüglich unter günstigen Wärmeübergangsbedingungen in

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die Abgasströmung eingeworfen werden. Daher wird der Prozentsatz der Kalzinierung bei den sekundärkalzinierten ■Rohstoffen, die aus dem Ofenabgas im Abscheider 3 abgeschieden und in den Drehrohrofen 4 eingeführt werden, sogar höher und gleichmäßiger als beim bekannten System, da die Kalzinierung in zwei Kalzinierzonen erfolgt.

Mit Rücksicht auf diesen Wärmeaustausch sinkt die Temperatur der Ofenabgase schnell ab, so daß der in den Ofenabgasen enthaltene basische Dampf, statt an den Innenwandflächen der Abgasleitung 6 zu kondensieren und sich dort niederzuschlagen, an den Oberflächen der sekundärkalzinierten Rohrstoffe kondensiert, so daß Probleme mit einer Belagbildung in der Abgasleitung 6 im wesentlichen beseitigt sind.

Bei dem bekannten System muß eine geeignete Einrichtung für die Erhöhung des Strömungswiderstandes bzw. Durchzugswiderstandes, beispielsweise eine Drosselöffnung 0 in der Abgasleitung des Ofens angeordnet werden, um den Zug "in der Ofenabgasleitung mit dem Zug in der Leitung für die aus dem Kühler in den Kalzinierofen eingeführte Sekundärluft abgeglichen werden, während nach der vorliegenden Erfindung die in die Abgasleitung 6 eingeführten und im Abgasstrom schwebenden primärkalzinierten Rohstoffe zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes bzw. Zugwiderstandes in der Abgasleitung 6 führen. Somit kann eine gewünschte und richtige Abgleichung zwischen der durch die Sekundärluftleitung 6 zuströmenden Verbrennungsluft und dem den Drehrohrofen 4 durchströmenden Gas einfach dadurch erzielt und aufrechterhalten werden, daß die Menge der in die Abgasleitung 6 eingeworfenen primärkalzinierten Rohstoffe entsprechend gesteuert wird. Daher kann eine Beeinträchtigung des Betriebs des Klinkerofens infolge einer Bildung

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eines Überzuges an der Drosselöffnung vollständig vermieden werden.

Wie die vorstehende Beschreibung veranschaulicht, kann die Abgaswärme in den aus der Kalzinierstufe, dem Zyklon IV, in die Vorwärmstufen, den Zyklonen I, II und III, strömenden Gas im Vergleich zu dem bekannten System erheblich vermindert werden, wobei dennoch der Betrieb stabilisiert wird, so daß der thermische Gesamtwirkungsgrad des Zementklinkerofens deutlich verbessert wird. Darüberhinaus werden die sekundärkalzinierten Rohrstoffe, die in der oben erläuterten Weise vollständiger und gleichförmiger kalziniert sind,- in den Drehrohrofen 4 eingeführt, so daß der Ofen noch kompakter gebaut werden kann.

Vorstehend sind zwar nur zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert worden, jedoch versteht es sich, daß die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, sondern daß vielmehr vielfache Abwandlungen und Abänderungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So könnte beispielsweise eine Einführung der primärkalzinierten Rohstoffe nicht in die Ofenabgasleitung 6, sondern vielmehr unmittelbar in das Beschickungsende 5 des Ofens 1 eingeführt werden. In einem solchen Falle wird jedoch vorzugsweise eine geeignete Einrichtung vorgesehen, welche sicherstellt, daß die gesamten aufgegebenen primärkalzinierten Rohstoffe im Ofenabgas verteilt werden.

Zusammenfassend schafft die Erfindung somit eine Vorrichtung zum Kalzinieren von pulverförmigen Stoffen, bei der fast das gesamte Pulver nach der Kalzinierung in einem Kalzinierofen den heißen Abgasen des Klinkerofens ausgesetzt werden, ohne unmittelbar in den Drehrohrofen oder dgl. eingeführt zu werden, so daß die Rohstoffe wenigstens zwei ,

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Kalzinierzonen hintereinander durchlaufen und dabei vollständig und gleichmäßig kalziniert werden, bevor sie in den Drehrohrofen eingeführt werden. Hierdurch kann der Drehrohrofen kompakter gebaut werden und kann der thermische Gesamtwirkungsgrad des Klinker— oder Sinterofens mit der Kalziniervorrichtung verbessert werden.

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Claims

Ansprüche

. Vorrichtung zur Kalzinierung von pulverförmigen Stoffen, qekennzeichnet durch einen mit einem Rohstoffabscheider (3) versehenen Kalzinierofen (1 ) mit Brennstoffzufuhr, durch einen an den Kalzinierofen angeschlossenen Zyklon (IV) in dem die im Kalzinierofen teilweise kalzinierten Rohstoffe aus der sie befördernden Gasströmung abgeschieden werden, durch eine Einrichtung (Schurre IVb, Abgasleitung 6) zur Förderung der im Zyklon (IV) abgeschiedenen, teilweise kalzinierten Rollstoffe zusammen mit heißen Abgasen aus einem Drehrohrofen (4) od. dgl. in den Abscheider (3) des Kalzinierofens, durch eine Einrichtung (Aufgabeschurre 3a) zur Förderung der im Abscheider (3) abgeschiedenen, fast vollständig kalzinierten Rohstoffe in den Drehrohrofen (4), sowie weiter gekennzeichnet dadurch, daß die vorgewärmten Rohstoffe in den Kalzinierofen (1 ) eingeführt und dort teilweise kalziniert werden, daß die teilweise kalzinierten Rohstoffe in den Zyklon (IV) überführt und dort aus den Gasen abgeschieden werden, daß die abgeschiedenen kalzinierten Rohstoffe in den Abgasstrom aus dem .Drehrohrofen (4) eingeworfen werden, wo sie weiter aufgeheizt werden, so daß unkalzinierte Anteile kalziniert werden, und daß die vollständig kalzinierten Rohstoffe aus den Ofenabgasen abgeschieden und in den Drehrohrofen eingeführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider (3) des Kalzinierofens (1) zur Einführung von heißen Ofenabgasen in den Abscheider mittels einer Ofenabgasleitung (6) mit dem Aufgabeende des Drehrohrofens (4) verbunden ist und daß der Zyklon (IV) zur Einführung der

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im Zyklon abgeschiedenen, teilweise kalzinierten Roh-• stoffe in die aufwärtsgerichtete Abgasströmung in der Ofenabgasleitung (6) über eine Schurre (IVb) od. dgl. mit der Ofenabgasleitung (6) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch T₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider (3) des Kalzinierofens (1 ) zur Förderung von heißen Ofenabgasen in den Abscheider über eine Ofenabgasleitung (6) mit dem Aufgabeende des Drehrohrofens (4) verbunden ist und daß der Zyklon (IV) über eine Schurre (IVb) od. dgl. derart mit dem Aufgabeende (5) des Drehrohrofens (4) verbunden ist, daß die im Zyklon abgeschiedenen, teilweise kalzinierten Rohstoffe in den heißen Abgasstrom des Drehrohrofens eingeführt werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Schurre (IVb) ein Teil der teilweise kalzinierten und im Zyklon abgeschiedenen Rohstoffe dem heißen Ofenabgas zugeführt und in dieses eingeführt werden, während die restlichen Rohstoffe über das Aufgabeende (5) des Drehrohrofens (4) dem Drehrohrofen zugeführt werden.

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