DE3523723A1 - Feuerfeste auskleidung zum schutz der heissesten sinterzone eines staehlernen zementdrehrohrofens oder dgl. - Google Patents

Description

Zylindrische stählerne Zementdrehrohröfen oder dgl. müssen in den verschieden beaufschlagten unterschiedlichen Ofenzonen auch mit unterschiedlichen feuerfesten Materialien ausgekleidet werden. Die Hauptbeanspruchungszone in diesen Öfen ist meist die Ansatzzone mit einer Länge von ca. 4 Ofendurchmesser in der Sinterzone.

Das Rohmehl, bestehend aus verschiedenen Calciumsilikaten (z.B. 3,66 Teile Kalkstein und 1 Teil Ton) wird nach der Entsäuerung in der Ansatzzone, d.h. in der heißesten Sinterzone, gebrannt bis zur Sinterung, d.h. bis zum beginnenden Schmelzen, wobei dann anschließend der steinartig feste und lagerfähige Zementklinker für die Zementmahlung aus dem Drehofen austritt, wobei die chemische Zusammensetzung des Ansatzes mit ca. 66% CaO der chemischen Zusammensetzung des Zementklinkers entspricht. Eine schematische Darstellung eines modernen Zementdrehrohrofens ist in Fig. 1 dargestellt, in der der Fluß des Rohmehls bzw. des Zementklinkers dargestellt ist.

Der Ansatz in dieser heißesten Sinterzone entsteht durch das beginnende Sintern, d.h. Schmelzen des Rohmehls durch Anbackungen an der basischen feuerfesten Auskleidungskomponente und wird so selbst zum wichtigsten Teil der feuerfesten Auskleidung, wie in der Fig. 1 zu sehen ist.

In dieser Ansatzzone ist eine hohe Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung ausschlaggebend für einen möglichst kontinuierlichen Produktionsverlauf niedrige Stillstandszeiten und geringe Produktionskosten. Diese feuerfeste Auskleidung in dieser heißesten Sinterzone besteht nach dem heutigen Stand der Technik aus den an dem Stahlmantel des Zementdrehrohrofens anliegenden gebrannten Dolomitsteinen und aus auf diesen bei beginnender Sintertemperatur aufgesinterten und deshalb festhaftenden feuerfesten Ansatz aus Zementklinker. Diese feuerfeste Auskleidung nach dem heutigen Stand der Technik ist jedoch in hohem Maße instabil, weil sich in Abständen immer wieder der Ansatz von den Dolomitsteinen löst und dabei immer Dolomitsteinteile mit abreißt, so daß die Haltbarkeit der Auskleidung durch diese Instabilität nicht befriedigend ist.

Diese Instabilität der feuerfesten Auskleidung in der Ansatzzone hat ihre Ursache in dem großen Unterschied der Dilatationen von Dolomitsteinen und Ansatz. Dieser beträgt laut Messungen und Angaben in der Literatur rd. 0,4% bei den Temperaturen 1000°C und 1400°C. Es ist damit einleuchtend, daß bei diesen ungleichen Dilatationen von Stein und Ansatz schnelle Trennungen von Stein und Ansatz, damit schnelle Ablösungen und schnelles Abfallen des schweren Ansatzes unvermeindlich werden und daß dabei jedesmal der basische Stein durch diese Abplatzungen infolge des dann auftretenden großen Temperaturschocks stark in Mitleidenschaft gezogen werden.

Es kann außerdem gesagt werden, daß ein Ansatz um so besser haften wird, je poröser der Dolomitstein ist, weil eine poröse Oberfläche eine Haftung begünstigt. Ein weiteres Kriterium für die Bildung eines festen und stabilen, feuerfesten und langhaftenden Ansatzes ist jedoch auch die Größe der feuerseitigen Oberfläche bzw. Anbackfläche des feuerfesten Steines, an dem der Ansatz festhalten soll. Diese wichtige Vergrößerung der heißen feuerseitigen Oberfläche des Dolomitsteins, d.h. Anbackfläche für den Ansatz ist deshalb u.a. auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Diese feuerfeste Auskleidung aus Dolomitsteinen und Ansatz ist jedoch auch im Hinblick auf eine gute Haftfähigkeit immer instabil und abhängig vom CaO- Gehalt. Die Haftfähigkeit des angesinterten Ansatzes auf Dolomitsteinen ist wesentlich besser als z.B. auf Magnesitchromsteinen, da die chemische Zusammensetzung der Dolomitsteine mit 61% CaO der chemischen Zusammensetzung des Ansatzes verwandter ist als bei Magnesitchromsteinen mit ca. 3% CaO. Siehe hier zu auch die Fig. 10 aus Science of Ceramics, Vol. 4, edited by G.H. Stuart, The British Ceramic Society 1968, Seite 268, in der die Abhängigkeit der Ansatzhaftung von dem CaO-Gehalt der Steine dargestellt ist. Eine Anhebung des CaO-Gehaltes der Dolomitsteine auf den Wert des CaO-Gehaltes des Ansatzes mit 66% würde also eine besonders gute Haftung des Ansatzes auf den Steinen bedeuten.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, hohe Instabilität der feuerfesten Auskleidung des stählernen Ofenmantels von Zementdrehrohröfen in der heißesten Sinterzone durch geeignete Maßnahmen zu beseitigen und durch die Schaffung der Stabilität der feuerfesten Auskleidung aus Steinen und Ansatz deren Haltbarkeit zu erhöhen, so daß dadurch die Gesamthaltbarkeit der beiden Teile der erfindungsgemäßen feuerfesten Auskleidung zusammengenommen größer ist, als die Haltbarkeit von Dolomitsteinen nach dem bisherigen Stand der Technik.

Es kann gesagt werden, daß ein basischer Stein als Teil der erfindungsgemäßen Auskleidung in der Ansatzzone eines Zementdrehrohrofens oder dgl. um so besser halten wird, wenn dieser Stein durch die Übereinstimmeugn des CaO-Gehaltes von Stein und Ansatz den Ansatz möglichst lange festhält, wenn die heiße Haftungsfläche des Steins darüber hinaus vergrößert ist und wenn die Dilatationen von Stein und Ansatz gleich sind, so daß dadurch die Haftung durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Ansatz und Stein nicht beeinträchtigt wird. Demgegenüber wird auch der Ansatz als Teil der erfindungsgemäßen feuerfesten Auskleidung besser halten und nicht abfallen, wenn der Dilatationsunterschied zwischen Stein und Ansatz beseitigt ist und dadurch die Haftung des Ansatzes optimal ist.

In der feuerfesten Auskleidung gemäß der Erfindung für den Ansatzbereich in der Sinterzone von zylindrischen Zementdrehrohröfen oder dgl. hat der Dolomitstein als Teil dieser feuerfesten Auskleidung trotz seiner unbedingt notwendigen hohen Feuerfestigkeit von ≦λτ 1700° C (DFB) nur eine Dilatation bei 1000°C von 1,-% und bei 1400° C von 1,6%, die alsogleich ist der Dilatation des Ansatzes. Diese um 0,4% niedrigere Dilatation des Steins wird erreicht durch seinen dichten Kornaufbau von 17 - 20 Vol.%, in dem große geschlossene zackige Lunker von 2 - 6 mm Durchmesser in einer Menge von 5 - 10% vorhanden sind, so daß die Gesamtporosität des Steins 22 - 30% beträgt. Darüber hinaus beträgt erfindungsgemäß die Dehnungseinlage quer zur Ofenachse nur noch 2 mm (Pappe oder dgl.) auf 1000 mm Ofenmantellänge, so daß dann ein geringer Ausdehnungswiderstand von 0,05 kp/cm² bei 1000° C und von 0,1 kp/cm² bei 1400° C gegen die Wärmeausdehnung der Steine vorhanden ist, der die Dilatation der Steine infolge der Lunkeranordnung z.T.,d.h. in einer Größe von 0,4% nach dem Inneren der Steine durch die Thermoelastizität, die Lunkeranordnung und den erfindungsgemäßen Ausdehnungswiderstand wirksam werden läßt.

Der für die optimale Haftung des Ansatzteiles erforderliche hohe Anteil von 66% Cao im Dolomitsteinteil wird dabei erfindungsgemäß erreicht durch Zugabe von 5% hartgebrannten Branntkalk zum dolomitischen Steinmaterial, und die großen geschlossenen zackigen Lunker im dichten Stein werden geschaffen durch die Einlage von druckfesten, im Ofen ausbrennbaren, zackigen Koksstückchen oder dgl., wodurch die Gesamtporosität des an und für sich dichten Steins vergrößert und damit die Wärmeleitfähigkeit verringert wird. Durch diese großen zackigen Lunker, auch an den Oberflächen der Steine, wo sie hier zwangsläufig offene Lunker bilden, wird aber auch die Haftungsfläche für den Ansatz entscheidend vergrößert und der Ansatz kann sich darüber hinaus in den offenen zackigen Lunkern fest verkrallen. Es sind also in dieser erfindungsgemäßen feuerfesten Auskleidung keine Trennungen von Dolomitsteinen und Ansatz infolge von unterschiedlichen Dilatationen der Steine und des Ansatzes mehr zu befürchten. Die feuerfeste erfindungsgemäße Auskleidung der Ansatzzone von Zementdrehrohröfen aus Dolomitsteinen und Ansatz bleibt dadurch stabil.

Es sind darüber hinaus in dieser feuerfesten erfindungsgemäßen Auskleidung die Vorteile von porösen und dichten Steinen und eines lang haftenden Ansatzes vereinigt, während die Nachteile von porösen, dichten Steinen und von einem oft abfallenden Ansatz nicht mehr vorhanden sind, so daß diese stabile erfindungsgemäße feuerfeste Auskleidung besonders lange halten wird und sehr gute Gebrauchseigenschaften haben wird. Die Dolomitsteine dieser feuerfesten Auskleidung werden den Infiltrationen größeren Widerstand entgegensetzen, sie werden trotz ihrer Dichte durch die Lunkeranordnung sehr temperaturwechselbeständig sein, sie werden ein hohe Druckfestigkeit haben, aber besonders wärmedämmend sein. Darüber hinaus wird die Abplatzsicherheit der Steine bei plötzlichen Temperaturschocks durch die Dilatationserniedrigung der Steine um ca. 0,4% bei Temperaturen von 1000 - 1400 ° C stark erhöht sein.

Die Vorteile durch diese erfindungsgemäße feuerfeste Auskleidung mit seinen erfindungsgemäßen Werten werden entsprechend der Aufgabenstellung voll erreicht. Dadurch wird die feuerfeste Auskleidung in der heißesten Sinterzone von Zementdrehrohröfen oder dgl. stabil und damit wesentlich haltbarer als bisher, der Ofenausnutzungsgrad der Öfen wird wesentlich erhöht, so daß insgesamt die Produktionskosten der Zementherstellung sinken.

Es sind bislang keine feuerfesten stabilen und damit halbaren Auskleidungen in der heißesten Sinterzone von Zementdrehrohröfen bestehend aus Dolomitsteinen und Ansatz, die zusammen als feuerfeste Teile die feuerfeste Auskleidung bilden, bekannt geworden. Der Ansatz hat infolge des einheitlichen CaO-Gehaltes in der feuerfesten Auskleidung aus Dolomitsteinen und Ansatz, der Lunkeranordnung in den Dolomitsteinen, des geringen Ausdehnungswiderstandes gegen die Wärmeausdehnung der Steine infolge einer geringeren Dehnungseinlage zwischen den Steinen in der Ofenlängsachse, sowie der Verkrallung des Ansatzes in den zackigen Oberflächenlunkern der Steine eine gleich hohe Haltbarkeit wie der Steinteil, so daß dadurch die Haltbarkeit des Steinteils höher als nach dem bisherigen Stand der Technik ist und dadurch die Gesamthaltbarkeit der erfindungsgemäßen feuerfesten Auskleidung optimal ist.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen stabilen Auskleidung zum Schutz der heißesten Sinterzone, ihr Einsatz und der Betrieb mit ihnen bringt keinerlei Probleme und Mehrkosten.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines modernen Zementdrehrohrofens und die Lage einer erfindungsgemäßen feuerfesten Auskleidung aus Dolomitsteinen und Ansatz, sowie die erfindungsgemäßen Dehnungseinlagen. Die Fig. 10 zeigt den Unterschied der Haftung von Zementklinkeransatz auf Magnesitchrom- und Dolomitsteinen und verdeutlicht die geringere Haftung bei CaO-ärmeren basischen Steinen, z.B. bei Magnesitchromsteinen.

Claims (4)

1) Feuerfeste Auskleidung zum Schutz der heißesten Sinterzone eines stählernen Zementdrehrohrofens oder dgl., gebildet aus den an dem stählernen Ofenmantel anliegenden Dolomitsteinfutterteil, dessen gebrannte Steine einen CaO-Gehalt von 61% haben, und dem darauf aufgesinterten feuerfesten Ansatz von Zementklinker von 66% CaO-Gehalt, die zusammen eine instabile feuerfeste Auskleidungskombination bilden, weil sich der Ansatz infolge der großen Dilatationsunterschiede von Dolomitsteinen und Ansatz immer wieder in kurzen Abständen von den Dolomitsteinen löst und weil dann u.a. durch Temperaturschocks und Abplatzungen die Steine geschädigt werden, gekennzeichnet dadurch, daß zur Schaffung der Stabilität und der besseren Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung, d.h. zu Haltbarkeitserhöhung des feuerfesten Ansatzteils auf die höheren Haltbarkeitswerte des Dolomitteils, damit aber auch zur Haltbarkeitserhöhung des feuerfesten Dolomitteils die folgenden erfindungsgemäßen Ausgstaltungen der feuerfesten Auskleidung vorhanden sind:

• a) Der CaO-Gehalt der Auskleidung insgesamt wird auf den CaO-Gehalt des Ansatzes von 66% angehoben, so daß dadurch die chemische Haftung zwischen Stein und Ansatz optimal ist.
• b) Zur Erniedrigung der Dilatation der Steinkomponente von 1,4% bei 1000° C und von 2% bei 1400°C auf die Dilatationswerte des Ansatzes von 1% bei bei 1000°C und 1,6% bei 1400°C erfolgt der Einbau von 5 - 10 Vol% zackigen geschlossenen Lunkern von 2 - 6 mm Durchmesser in die Steine, so daß die Gesamtporosität der vorher dichten Steine von 17 - 20 Vol% auf 22 - 30 Vol% gesteigert ist.
• c) Zur Schaffung eines geringen Ausdehnungswiderstandes gegen die Wärmeausdehnung der Steine beträgt die Dehnungseinlage zwischen den Steinen quer zur Ofenlängsrichtung nur noch 2 mm (Pappe) auf 1000 mm Ofenmantellänge.
• d) Infolge des geringen Ausdehnungswiderstandes gegen die Wärmeausdehnung der Steine von 0,05 kp/cm² bei 1000° C und von 0,1 kg/cm² bei 1400° C messen 1000 mm feuerfeste Auskleidung aus Steinen und Ansatz bei 1000° C 1010 mm und bei 1400° C 1016 mm, während das Längsmaß aller im Steinteil vorhandenen Lunker bei 1000 - 1400° C um 4 mm kürzer als bei Zimmertemperatur ist, so daß ein Dilatationsanteil des Steinteils von 0,4% infolge der Lunkeranordnung in das Innere des Steinteils infolge der hohen Thermoelastizität der Dolomitsteine gegangen ist.
• e) Die besonders enge Verkrallung in der feuerfesten Auskleidung, d.h. des feuerfesten Ansatzes an den feuerfesten Steinen, ist - abgesehen von der besonders guten erfindungsgemäßen chemischen Haftung - in den zackigen offenen Lunkern an den Oberflächen der Steine vorhanden, wodurch auch die gewollte wichtige Vergrößerung der heißen feuerseitigen Oberfläche der Steine, d.h. Anbackfläche, gegeben ist, so daß dadurch auch die physikalische Haftung zwischen Ansatz und Steinen optimal ist.
• f) Die Abplastzsicherheit der Steine innerhalb der feuerfesten Auskleidung bei plötzlichen Temperatuschocks und die Temperaturwechselbeständigkeit (950° C, bei 2 bar) ist stark erhöht auf über 50 Abschreckungen durch die Dilatationserniedrigung der Steine um 0,4% bei Temperaturen von 1000° - 1400° C durch die Lunkereinbauten von 5 - 10 Vol%.

2) Gebrannte Dolomitsteine für die feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die 5 - 10 Vol% Lunker von 2 - 6 mm Durchmesser in den und auf den Steinen gebildet sind durch im Ofen ausbrennbare zackige Koksstückchen, wodurch die dichten Steine mit 17 - 20 Vol% zu porösen Steinen mit 22 - 30 Vol% werden.

3) Gebrannte Dolomitsteine für die feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 1 und Steine nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, daß der CaO-Gehalt der Dolomitsteine von 61% durch die Beimischung von 5% hartgebrannten Branntkalk in feingemahlener Form auf 66% erhöht wird.

4) Gebrannter Dolomitstein für die feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 1 und Steine nach Anspruch 2 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Dehnungseinlage auf jeden Dolomitstein verteilt ist und mit 0,4 mm Stärke auf jeden Dolomitstein vor dem Einbau in den Ofen geklebt ist.