DE3623724A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von frischbeton unter verwendung von durch fluessigen stickstoff gekuehltem zement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Her­ stellen von Frischbeton nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bei manchen Anwendungsfällen nötig, den Beton vor dem Einbau zu kühlen, um die Schwindrißneigung im kon­ struktiven Beton zu vermindern. Diese Kühlung erfolgt in der Praxis durch Aufblasen flüssigen Stickstoffs auf den Frischbeton. In der Literatur (Betonwerk+Fertigteil- Technik, Heft 8/81, S. 508 und Baugewerbe 64 (1984) Nr. 5, S. 66) wurde auch schon vorgeschlagen, den Zement mittels flüssigen Stickstoffs vorzukühlen und diesen im gekühlten Zustand einer Mischanlage zuzuführen. Proble­ matisch ist dabei die Erzielung einer ausreichenden Kühlung auf wirtschaftliche Weise, weil Zement ein schlechter Wärmeleiter ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erläuterten Gattung so ausszugestalten, daß ein Kühlen des Zementes auf einfache, effektive Weise möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsge­ mäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Da der flüssige Stickstoff zugleich mit dem Zement in das Zementsilo eingeblasen wird, ergibt sich durch die beim Einblasen stark vergrößerte Zementoberfläche eine große Austauschfläche und damit ein guter Wärmeübergang. Dieser wird noch dadurch verbessert, daß auch der einge­ blasene Stickstoff den Zerfall des Zementes in feine Partikel begünstigt und somit eine zusätzlich vergrößerte Austauschfläche bewirkt. Außerdem kommt der in das Zementsilo einströmende Zement immer mit flüssigem Stickstoff unter konstant niedriger Temperatur in Be­ rührung. Ferner ist mit keinerlei Zeitverzögerung und nur mit einem geringen Energiebedarf zu rechnen, da der Zement ohnehin in das Zementsilo eingeblasen werden muß, und dabei ein inniger Kontakt zwischen dem Stickstoff und dem Zement leicht herzustellen ist. Diese Vorteile bewirken einen wesentlich erhöhten Gesamtwirkungsgrad.

Günstig ist auch das Merkmal von Patentanspruch 2, da durch das gleichzeitige Einblasen im oberen Bereich eine gute Verwirbelung von Stickstoff und Zement und eine Strömung mit feinverteilten Partikeln entsteht. Außerdem steht während des Absinkens der Zementpartikel zum Boden des Silos eine ausreichend lange Kontaktzeit zum Wärme­ abtransport zur Verfügung.

Durch die vorteilhaften Merkmale des Patentanspruchs 3 wird ein sofortiger inniger Kontakt und ein Angleichen der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. ein Mitreißen der Zementpartikel durch den Stickstoff erzielt. Die Strömungs­ profile und -wege sind daher zum Teil identisch, was sich positiv auf die Kontaktzeit auswirkt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens läßt sich nach Patentanspruch 4 durchführen, da mit dem tangentialen Einleiten eine Art "Dralleffekt" erzielt wird, der einen längeren Strömungsweg und eine längere Kontaktzeit der Komponenten zur Folge hat.

Zweckmäßigerweise wird das Verfahren nach Patentanspruch 5 durchgeführt, weil durch die weitgehende Abscheidung die Zementverluste sehr gering gehalten werden können. Außerdem wird eine Verschmutzung der Umwelt verringert, wenn der Stickstoff nur mit wenigen Zementpartikeln be­ laden in die umgebende Atmosphäre austritt.

Mit den vorteilhaften Merkmalen von Patentanspruch 6 ist eine Zement-Rückgewinnung möglich, die dem Gesamtwirkungs­ grad der Betonherstellung ebenso wie dem Umwelt­ schutz zugutekommt. Eine Rückführung des Zementes ist auch vollautomatisch mittels Förderorganen durchführbar.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Frischbeton nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 7.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der in diesem Oberbegriff erläuterten Gattung zu schaffen, die ein Kühlen des Zementes auf apparativ einfache und wirkungsvolle Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsge­ mäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst.

Durch die Anordnung der Anschlüsse im gleichen Bereich des Zementsilos und deren Verbindung mit dem Flüssig- Stickstoffbehälter bzw. dem Silofahrzeug ist ein Kühlen des Zementes unproblematisch und wirtschaftlich durch­ führbar, da lediglich ohnehin bestehende Vorrichtungs­ teile zu verwenden sind. Kostspielige Veränderungen oder Neuinstallationen entfallen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind je­ weils den Patentansprüchen 8 bis 13 zu entnehmen.

Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, deren einzige Figur zeigt:

• eine Seitenansicht (teilweise im Schnitt) einer Vorrichtung zum Kühlen von Zement mittels flüssigen Stickstoffs.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung 1 zum Kühlen von Zement mittels flüssigen Stickstoffs dargestellt, die im wesentlichen ein aus einem Silofahrzeug 2 beschickbares Zementsilo 3, einen Flüssig-Stickstoffbehälter 4 und ein Entstaubungssilo 5 aufweist, und auf einem Boden 6 ange­ ordnet ist.

Auf dem Silofahrzeug 2 liegt ein Behälter 2 a auf, dessen äußeres Ende 2 b zum Zementsilo 3 weist und mit diesem über eine Rohrleitung 7 verbunden ist. Der Flüssig- Stickstoffbehälter 4 ist stehend angeordnet, über Füße 4 a fest auf dem Boden 6 abgestützt und an seinem unteren Ende 4 b über eine Rohrleitung 8 ebenfalls mit dem Zementsilo 3 verbunden.

Das Zementsilo 3 weist einen Behälter 3 a auf, der in seinem unteren Bereich 3 b auf einem Haltegestell 3 c ab­ gestützt ist. Der untere Bereich 3 b läuft von dem Angriffs­ punkt des Haltegestells 3 c zum Boden 6 hin konisch zu. Ein Sperrorgan 9 ist am unteren Ende 3 d des Zement­ silos 3 angeordnet und mit einem Förderorgan 10 verbunden, das eine Mischanlage (nicht gezeigt) beschickt. Im oberen Bereich 3 e des Zementsilos 3 sind zwei benachbarte seitliche Anschlüsse 7 a, 8 a angebracht, wobei der erste, 7 a, an die Rohrleitung 7, der zweite, 8 a, an die Rohrleitung 8 angeschlossen ist. Die Anschlüsse 7 a, 8 a sind als zueinander parallele Einblasestutzen (nicht näher gezeigt) ausgebildet, die tangential in das Zement­ silo 3 einmünden.

Vom Kopf des Zementsilos 3 führt ein Strömungskanal 11 zum oberen Bereich 5 e des Entstaubungssilos 5, in das er seitlich eintritt. Das Entstaubungssilo 5 ist im allge­ meinen dem Zementsilo 3 vergleichbar aufgebaut mit einem auf einem Haltegestell 5 c abgestützten Behälter 5 a, einem konisch nach unten zulaufenden unteren Bereich 5 b, einem am unteren Ende 5 d befestigten Sperrorgan 12 und einem daran angebrachten Förderorgan 13, das mit dem Förder­ organ 9 des Zementsilos 3 verbunden ist. Der seitlich in den oberen Bereich 5 e des Entstaubungssilos 5 eintretende Strömungskanal 11 ist in der Behältermitte vertikal nach unten abgebogen (erster Strömungskanal 11 a) und er­ weitert sich zum unteren Teil des Behälters 5 a hin diffusorartig. Umgekehrt ist zwischen der Außenwand des ersten Strömungskanals 11 a und der Innenwand des Entstaubungs­ silos 5 ein nach oben gerichteter und sich ebenfalls diffusorartig erweiternder, zweiter Strömungs­ kanal 11 b angeordnet, wobei der erste Strömungskanal 11 a eine untere, innere Austrittsfläche 11 c und der zweite Strömungskanal 11 b eine untere, äußere Eintrittsfläche 11 d aufweist, die beide gleich groß sind. Im oberen Be­ reich 5 e ist ferner eine Einrichtung 14 mit Durchtritts­ öffnungen 14 a zum Abziehen des Stickstoff-Luft-Gemisches angeordnet.

Im folgenden wird der Verfahrensablauf zum Herstellen von Frischbeton unter Verwendung von gekühltem Zement in der zuvor beschriebenen Vorrichtung näher erläutert.

Dazu wird das mit Zement beladene Silofahrzeug 2 an den Anschluß 7 a, der mit flüssigem Stickstoff gefüllte Be­ hälter 4 an den Anschluß 8 a angeschlossen. Gleichzeitig mit dem Zement wird auch der flüssige Stickstoff über die Einblasestutzen in das Zementsilo 3 eingeblasen. Dabei bildet sich, besonders im oberen Bereich 3 e des Zement­ silos, eine starke Verwirbelung und intensive Durchmischung von Zement und Stickstoff aus, so daß ein guter Wärmeübergang vom Zement auf den Stickstoff ein­ tritt. Der Zement gibt bei diesem Vorgang einen Teil seiner Wärmemenge ab, die eine Temperaturerhöhung und ein Verdampfen des Stickstoffs bewirkt, wobei sich der Zement gleichzeitig abkühlt.

Infolge der starken Verwirbelung und des damit verbundenen Zerfalls des Zementes in feinverteilte Partikel wird ein Teil des Zementes von dem inzwischen gasförmigen Stickstoff über den Strömungskanal 11 in das Entstaubungs­ silo mitgerissen, während sich der überwiegende Teil des Zementes im Zementsilo 3 ablagert. Im ersten Strömungskanal 11 a erfährt das Zement-Stickstoff-Luft- Gemisch zunächst eine vertikale Ablenkung (s. Pfeil P 1), schließlich infolge der diffusorartigen Erweiterung des Strömungskanals und des Übergangs auf den Behälterquer­ schnitt eine starke Reduzierung der Strömungsgeschwindig­ keit, die eine Ablagerung des Zementes im unteren Be­ reich 5 b des Entstaubungssilos 5 begünstigt. Das ver­ bleibende Stickstoff-Luft-Gemisch, welches nur noch sehr geringe Zementbeladungen aufweist, umströmt das untere Ende des ersten Strömungskanals 11 a in Richtung der Pfeile P 2 und kann nach Durchströmen des zweiten Strö­ mungskanals 11 b im oberen Bereich 5 e gesammelt und über die Durchtrittsöffnungen 14 a (Pfeile P 3) entweder einer Regenerierungsstufe oder der umgebenden Atmosphäre zuge­ führt werden.

Der mit diesem Verfahren gekühlte Zement wird über die Sperrorgane 9, 12 und die Förderorgane 10, 13 in Richtung des Pfeiles P 4 schließlich einer Mischanlage zugeleitet. Ein Zahlenbeispiel soll in Tabellenform die verschiedenen Kapazitäten, unterschiedlichen Betriebszustände und eine konstruktive Ausführungsform der Vorrichtung 1 ab­ schließend verdeutlichen (die angegebenen Daten sind als grobe Richtwerte ohne normativen Charakter zu be­ trachten):

Kapazität des Silofahrzeugs 225 t Kapazität des Zement- und Entstaubungssilos 3, 5jew. 30 t Zementtemperatur im Silofahrzeug 265°C Temperatur des Flüssig-Stickstoffs im Behälter 4-180°C Konstruktive Daten des diffusorartigen Abschnitts
im Strömungskanal 11 a: Länge3 m kleinster/größter Durchmesser0,8/1,7 m Durchmesser des Entstaubungssilos 52,4 m

Aufgegebener Druck auf das Silofahrzeug 2
zum Einblasen des Zementes2 bar Dauer des Einblasevorgangs15 min Stickstoffverbrauch2 t Zementtemperatur im unteren Bereich 3 b des Zementsilos 317°C Stickstofftemperatur im Entstaubungssilo 5-100°C

Das Verfahren könnte auch mit einer Vorrichtung durchge­ führt werdden, bei dem der flüssige Stickstoff und/oder der Zement über direkte Förderleitungen ohne Behälter zum Zementsilo gelangen. Außerdem kann das Entstaubungs­ silo auf vielfältige Art ausgebildet sein, so z. B. als Zyklon, Naßabscheider, Filter, Adsorptionskolonne. So können sich, insbesondere an den oberen Bereich 5 e, nachfolgende oder eingebaute Verfahrensschritte zum weiteren Trennen des Gemisches oder zum Regenerieren bestimmter Bestandteile eingebaut werden. Auch die Art des Einblasens der Komponenten ist nicht auf ein Gleich- oder Parallelstromverfahren beschränkt; generell ist ebenso der Einsatz eines Gegenstromverfahrens möglich.

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen von Frischbeton, bei dem der verwendete Zement aus einem Silofahrzeug in ein Zement­ silo gefördert wird, aus welchem er einer Mischanlage zugeleitet wird, wobei der Zement mittels flüssigen Stickstoffs gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ gleich mit dem Zement der flüssige Stickstoff in das Zement­ silo eingeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement und der flüssige Stickstoff im oberen Be­ reich des Zementsilos eingeblasen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zement und der Stickstoff je­ weils über parallel verlaufende Einblasestutzen in das Zementsilo eingeleitet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement und der Stickstoff über die Einblasestutzen tangential in das Zementsilo ein­ geleitet werden.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Einblasen der beiden Komponenten auftretende Staubentwicklung durch eine Abscheidung des Zementes in einem Entstaubungssilo reduziert wird, in dem das Zement-Stickstoff-Luft- Gemisch beim Durchströmen eines entsprechenden Kanals eine vertikale Ablenkung und in einem diffusorähnlichen Be­ reich desselben eine Geschwindigkeitsverringerung er­ fährt.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der im Entstaubungssilo ausfallende Zement dem Zementsilo oder der Mischanlage zugeführt wird.

7. Vorrichtung zum Herstellen von Frischbeton, mit einem Zementsilo zum Lagern des aus einem Silofahrzeug geför­ derten Zementes, einem Flüssig-Stickstoffbehälter und einer Mischanlage, insbesondere zum Durchführen des Ver­ fahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zementsilo (3) wenigstens zwei im gleichen Bereich angeordnete Anschlüsse (7 a, 8 a) auf­ weist, wobei der eine (8 a) mit dem Flüssig-Stickstoff­ behälter (4) und der andere (7 a) mit dem Silofahrzeug (2) verbindbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (7 a, 8 a) im oberen Bereich des Zementsilos (3) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (7 a, 8 a) zueinander benachbart am Zementsilo (3) angebracht sind.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (7 a, 8 a) zueinander parallele und tangential in das Zement­ silo (3) mündende Einblasestutzen sind.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Zement­ silo (3) verbundenes Entstaubungssilo (5) vorgesehen ist, das einen ersten nach unten gerichteten und sich zum unteren Teil diffusorartig erweiternden Strömungs­ kanal (11 a) sowie einen nach oben gerichteten, zweiten Strömungskanal (11 b), der sich ebenfalls diffusorartig erweitert, für das an dem Zementsilo (3) austretende Zement-Stickstoff-Luft-Gemisch aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strömungskanal (11 b) den ersten (11 a) ringförmig umgibt, und daß die kreisförmige Aus­ trittsfläche (11 c) des ersten Strömungskanals genauso groß ist wie die ringförmige Eintrittsfläche (11 d) des zweiten.

13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Entstaubungs­ silo (5) jeweils eine Einrichtung (12, 13; 14) zum Sammeln und/oder Abziehen des Zementes und des Stickstoffs aufweist, wobei erstere (12, 13) im unteren Bereich (5 b), letztere (14) im oberen Bereich (5 e) angeordnet ist.