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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung der Ausbeute eines
aus einer Zementofenanordnung gewonnenen Zementklinkers.
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STAND DER
TECHNIK
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In
einem Zementwerk wird Zementklinker bei erhöhten Temperaturen in einem
Zementofen aus Zementklinker-Ausgangsstoffen hergestellt, die durch
den Ofen von einem Eintrittsende zu einem Austrittsende gelangen,
während
sie verschiedene Prozesszonen bei einer erhöhten Temperatur durchlaufen.
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Der
resultierende heiße
Zementklinker, der beim Verlassen der Brennzone und am Austrittsende
des Ofens im allgemeinen eine Temperatur von etwa 1400°C aufweist,
wird in einen Kühler,
eine Vorrichtung zum Kühlen
des Klinkers, zugegeben und gelangt als ein Klinkerbett beispielsweise
auf einem Kühlrost
von der Kühlereingangsöffnung zu
der Kühlerausgangsöffnung.
Hier wird Luft von unter dem Rost angeordneten Düsen durch das Bett geblasen,
um den heißen
Klinker zu kühlen.
Abhängig
von der Kühleranordnung
weist der Klinker an der Kühlereingangsöffnung eine
Temperatur knapp unter etwa 1400°C
auf und der Klinker an der Kühlerausgangsöffnung weist
eine Temperatur von etwa 120°C
auf.
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Der
gekühlte
Zementklinker wird bis zu einer gewünschten Feinheit gemahlen und
so verwendet oder in einigen Fällen
kann er mit Streckmitteln, insbesondere mit Streckmitteln, die puzzolanische
Eigenschaften aufweisen, gemischt werden, um einen gemischten Zement
zu bilden. Die Streckmittel ergeben eine Einsparung des Zementklinkeranteils
des Zementproduktes. Die Streckmittel sind insbesondere Nebenprodukte
von industriellen Verfahren, wobei die Nebenprodukte einen hohen
Anteil an Siliziumdioxid aufweisen und Calcium und/oder Aluminium
in einem oxidierten Zustand enthalten, insbesondere Oxide oder Carbonate.
Solche Streckmittel schließen
Kohlenaschen, insbesondere Flugaschen und Bettaschen; Hochofenschlacke
und Feinkieselerde ein. Zusätzlich
könnten
auch Modifizierer, wie Kalk, Zementofenstaub und Abfallzement oder Zementklinker
verwendet werden, um die Chemie anzupassen oder um die Verarbeitung
des Streckmittels zu erleichtern, falls beispielsweise eine Agglomeration
gewünscht
ist.
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Seit
etwa 1986 hat die Fokussierung auf das Kontrollieren von Abgasen
aus Kraftwerken zur Installation von Niedrig-NOx-Brennern
als ein Mittel zur Verringerung von Stickoxiden in Abgasen geführt. Die
Auswirkung dieser Kontrollen war eine Steigerung des Kohlenstoffgehalts
puzzolanischer Flugasche vom Typ F und zu einem geringeren Ausmaß vom Typ
C. Außerdem
hat auch die Zugabe geringer Mengen Petrolkoks zu Braun-, Fett-
und Unter-Fett-Kohle bei einigen Anlagen den Gehalt an Kohlenstoff
in der Flugasche erhöht.
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Kohlenstoff,
wie er in Kohlenasche enthalten ist, stellt eine schädliche Verunreinigung
im Zement dar mit der Wirkung, dass Chemikalien unter Verschlechterung
der Betonqualität
absorbiert werden.
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Frühere Versuche,
den Kohlenstoff aus der Flugasche zu entfernen, schließen eine
elektrostatische Trennung, ein Mischen der Flugasche mit einem Fluid,
wie beispielsweise Kerosin, und ein Abtrennen des Kohlenstoffs durch
Schäumen
und Behandeln der Flugasche in einer Fluidschicht-Brennkammer zur
Verbrennung des Kohlenstoffs ein.
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Bettasche
enthält
ebenfalls Kohlenstoff als Verunreinigung und es ist zu bevorzugen,
den Kohlenstoff zu entfernen, falls die Bettasche in Zement eingemischt
werden soll.
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Es
wurde zuvor vorgeschlagen, bei der Produktion von Mischzementen
Kohlenasche zu Zementklinker in dem Kühler einer Zementofenanordnung
zuzugeben (US-Patent 5 837 052). Bei diesem früheren Vorschlag wird die Integrität und Identität der Kohlenasche
erhalten und der verunreinigende Kohlenstoff wird durch die Hitze
des heißen
Klinkers oxidiert, während
dieser in dem Kühler
abkühlt,
um eine vermengte Mischung von Zementklinker und Kohlenasche, die
frei von Kohlenstoff ist, zu bilden.
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Im
US-Patent 5 976 243 wurde auch vorgeschlagen, dem Zementklinker
im Kühler
einer Zementofenanordnung Hochofenschlacke zuzugeben, um Wasser
aus der Schlacke zu entfernen und um eine vermengte Mischung von
Zementklinker und Hochofenschlacke zu bilden, bei der die Integrität und die
Identität
der Hochofenschlacke erhalten bleibt. Im US-Patent 5 650 005 wurde
vorgeschlagen, den Gehalt eines Zementklinkers an ungebundenem Kalk
zu erhöhen,
indem zum Zementklinker eine Quelle ungebundenen Kalks zugegeben wird.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung versucht, ein Verfahren zur Erhöhung oder zur Steigerung der
Ausbeute eines aus einer Zementofenanordnung erhaltenen Zementklinkers
bereit zu stellen.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Steigerung
der Ausbeute eines Zementklinkers bereitgestellt.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
erhöht
oder steigert die Ausbeute eines aus dem Kühler eines Zementofens erhaltenen
Zementklinkers ohne Veränderung
der Chemie, der Bestandteile oder der Verfahrens- oder Betriebsparameter
des Zementofens.
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Dies
ist ein signifikanter Vorteil, da Zementofenbetreiber von Natur
aus konservativ sind und einen grossen Widerwillen gegen jedwedes
Verändern
der Betriebsparameter eines zufrieden stellend arbeitenden Zementofens
zeigen.
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i)
Die in dieser Erfindung verwendeten Streckmittel sind Materialien
mit einem hohen analytischen Siliziumdioxid-Gehalt und enthalten
zusätzlich
Calcium, Aluminium oder beides in einem Zustand, der mit dem Siliziumdioxid-Gehalt
bei erhöhten
Temperaturen in dem Kühler
einer Klinkerofenanordnung reagieren wird, um eine Zusammensetzung
zu bilden, die vor allem aus kristallinen hydraulischen Calcium- und Aluminium-Silikaten
besteht. Das Siliziumdioxid, das Calcium und das Aluminium werden üblicherweise
als Calciumoxid beziehungsweise Aluminiumoxid vorliegen, es können jedoch
geringere Mengen als Silikate, beispielsweise als Calciumsilikat
und Aluminiumsilikat, und als Alumosilikate, wie beispielsweise
Calcium-Alumosilikate, vorliegen.
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Das
Streckmittel kann amorph oder kristallin sein und wird üblicherweise
Siliziumdioxid- und Calcium- und/oder Aluminium-Verbindungen enthalten.
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Geeignete
Streckmittel umfassen Silikatmoleküle, bei denen es sich um Calcium- und/oder Alumosilikate
handeln kann, üblicherweise
enthalten sie die gleichen Silikate wie Zementklinker aber mit signifikant
weniger Calcium, beispielsweise Kohlenaschen, Hochofenschlacke und
Feinkieselerde, die alle Nebenprodukte einer industriellen Verfahrensweise
oder Herstellung sind. Modifizierer können auch verwendet werden,
um die Chemie anzupassen oder um die Verarbeitung des Streckmittels
zu erleichtern, beispielsweise falls Agglomeration gewünscht ist.
Die Modifizierer können
Materialien wie beispielsweise Kalk, Zementofenstaub und Zement
umfassen.
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Stromabwärts der
Bildung des Zementklinkers bei erhöhten Temperaturen in dem Ofen,
unter Pyro-Verfahrensbedingungen, schmelzen die teilchenförmigen Streckmittel
zu einem partiell geschmolzenen Zustand, in dem sie mit dem heißen Zementklinker
chemisch reagieren, wobei eine Zementklinkerzusammensetzung gebildet
wird, die hauptsächlich
aus kristallinen hydraulischen Calciumsilikaten besteht und wobei
die Zusammensetzung eine pyro-verarbeitete Zusammensetzung ist.
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In
einer ersten Ausführungsform
tritt die pyro-verarbeitende Reaktion am stromaufwärts gelegenen Ende
des Kühlers
nahe des Austritts des Zementklinkers auf, wo die Temperatur von
1400°C bis
1000°C beträgt.
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In
einer zweiten Ausführungsform
kann die pyro-verarbeitende Reaktion auch in dem Zementofen stromabwärts der
Zone des Ofens stattfinden, in dem der Zementklinker gebildet wird
und insbesondere innerhalb des Ofens am Austrittsende des Ofens;
das Austrittsende des Ofens ist eine besonders vorteilhafte Stelle für die Zugabe
von Streckmitteln in der Form grober Teilchen. Die das heiße Zementklinker-Produkt
des Ofens bildenden Reaktionen in dem Ofen finden in der Brennzone
des Ofens statt und folglich findet in dieser zweiten Ausführungsform
die Zugabe des Streckmittels stromabwärts der Brennzone statt.
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Das
teilchenförmige
Streckmittel sollte eine Teilchengröße aufweisen, die ein zufriedenstellendes
Ausmaß partieller
Verschmelzung beim Pyro-Verarbeiten erlaubt, unter Berücksichtigung
der Stelle, an der das Streckmittel dem Zementklinker zugegeben
wird. Im allgemeinen zumindest 1 Gewichts-%, gebräuchlicherweise
zumindest 50 Gewichts-%, vorzugsweise zumindest 70 Gewichts-% und
am meisten bevorzugt zumindest 90 Gewichts-% des Streckmittels sollten
beim Pyro-Verarbeiten partiell verschmelzen.
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Es
wird erkannt werden, dass im allgemeinen kleinere Teilchen bei einer
gegebenen Temperatur und einer gegebenen Reaktionszeit bereitwilliger
partiell verschmelzen als größere Teilchen.
Größere Teilchen,
die eine Honigwabenstruktur aufweisen, können jedoch ebenso bereitwillig
partiell verschmelzen wie kleinere Teilchen.
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Die
Rate und das Ausmaß der
partiellen Verschmelzung des teilchenförmigen Streckmittels werden von
mehreren Faktoren abhängen,
einschließlich
der physikalischen Form und Größe der Teilchen,
der Temperatur des heißen
Zementklinkers im Moment der Zugabe des teilchenförmigen Streckmittels,
der Zeit, die das teilchenförmige
Streckmittel der erhöhten
Temperatur des heißen
Klinkers ausgesetzt ist, der Konfiguration der Ofenanordnung und
der exothermen Wärmeenergie,
wie beispielsweise der, die von dem Ausglühen des Kohlenstoffs der durch
Kohlenstoff verunreinigten Flugasche herrührt.
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Üblicherweise
weist Flugasche eine Teilchengröße von weniger
als 100 Mikrometern auf und kann in dieser Form verwendet werden.
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a) Kohlenasche
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Kohlenasche,
wie in dieser Erfindung verwendet, bezeichnet den in Kohlebrennöfen gebildeten
Rückstand
vom Verbrennen von pulverisierter Steinkohle oder pulverisierter
Braunkohle oder Fett- oder Unter-Fett-Kohle. Solche Kohlenasche
umfasst Flugasche, welche die fein verteilte, aus dem Ofen durch
Abgase oder Verbrennungsgase beförderte
Kohlenasche ist; und Bettasche, welche sich im Boden des Ofens als
Agglomerate sammelt.
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Die
in dieser Erfindung verwendete Kohlenasche kann eine Typ-F- oder
Typ-C-Flugasche
sein und wird üblicherweise
im Typ-F-Fall mit Kohlenstoff verunreinigt sein; oder sie kann Bettasche
sein, die ebenso mit Kohlenstoff verunreinigt ist, wie beispielsweise
Resultate aus der Verwendung von Niedrig-NOx-Brennern, um
Stickoxide bei Kraftwerken mit Kohlefeuerung zu reduzieren, oder
aus der ungleichmäßigen Feuerung
von mit Kohle befeuerten Brennern oder aus der Zugabe niedriger
Mengen von Petrolkoks zu Braunkohle und Unter-Fett- und Fett-Kohle.
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Die
oben erwähnten
Typ-F- und Typ-C-Flugaschen sind durch die CSA-Norm A23.5 und durch
die ASTM C618 definiert.
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Klasse-C-Flugasche
weist üblicherweise
einen analytischen Gehalt an CaO von über 8 Gewichts-% und allgemein
größer als
20 Gewichts-% auf. Ein analytischer Gehalt an CaO bezeichnet den
Gesamtgehalt an Ca ausgedrückt
als das Oxid CaO, der analytische Gehalt an CaO kann ungebundenen
Kalk, d. h. ungebundenes CaO, und in chemisch gebundenem Zustand
vorliegendes CaO, beispielsweise in Calciumsilikaten und Calciumaluminaten,
kristallinem Melilith (Ca2Al2SiO8) und Merwinit (Ca3MgSi2O7), umfassen. Der
Gehalt an ungebundenem Kalk der Typ-C-Flugasche ist üblicherweise unter 3 Gewichts-%
des analytischen Gehalts.
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Die
Typ-F-Flugasche kann 1 bis 30 Gewichts-%, gebräuchlicher 1 bis 15 Gewichts-%
und typischerweise 1 bis 10 Gewichts-% an Kohlenstoff enthalten.
Die Typ-F-Flugasche
weist üblicherweise
einen analytischen Gehalt an CaO von weniger als 8 Gewichts-% und
typischerweise weniger als 5 Gewichts-% auf.
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Typischerweise
umfasst ein Großteil,
zumindest etwa 80 Gewichts-%, der Flugasche Teilchen, die kleiner
als 45 Mikrometer sind.
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Bettasche
wird typischerweise von dem Grund des Ofens als Granulat gewonnen,
von dem 80 Gewichts-% eine Größe in dem
Bereich von 100 Mikrometer bis 8 cm aufweisen. Von der gleichen
Kohlen-Quelle stammende Bettasche wird eine ähnliche chemische Zusammensetzung
wie feinere Flugasche aufweisen. Die Bettasche wird geeigneterweise
zu einer feinen Teilchenform gemahlen oder gebrochen, bevor sie
zu dem Zementklinker in dem Kühler
zugegeben wird, die Teilchengröße ist jedoch
nicht kritisch, vorausgesetzt, dass die gewünschte partielle Verschmelzung
erreicht wird.
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b) Schlacke
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Hochofenschlacke
ist ein Nebenprodukt der Herstellung von Eisen in einem Hochofen;
Silizium, Calcium, Aluminium, Magnesium, und Sauerstoff sind die
vorrangigen Element-Bestandteile der Schlacke.
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Hochofenschlacken
umfassen luftgekühlte
Schlacke, die bei der Verfestigung der geschmolzenen Hochofenschlacke
unter atmosphärischen
Bedingungen entsteht; granulierte Hochofenschlacke, ein glasiges granulares
Material, das gebildet wird, wenn geschmolzene Hochofenschlacke
schnell abgekühlt
wird, wie beispielsweise durch Eintauchen in Wasser; und pelletierte
Hochofenschlacke, die beim Fördern
einer geschmolzenen Schlacke über
eine vibrierende Förderplatte
gebildet wird, wo die Hochofenschlacke durch Wassernebel expandiert
und gekühlt
wird, von wo aus sie auf eine rotierende Walze trifft, von der aus
sie in die Luft verteilt wird, wo sie schnell zu kugelförmigen Pellets
verfestigt.
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Hochofenschlacken
enthalten üblicherweise
3 bis 20 Gewichts-%, im allgemeinen 5 bis 15 Gewichts-% Wasser in
den Hohlräumen
zwischen den Teilchen.
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Die
Erfindung erstreckt sich auf Hochofenschlacken, die im allgemeinen
luftgekühlte
Hochofenschlacken und wassergekühlte
Hochofenschlacken umfassen.
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Die
Hochofenschlacke kann beispielsweise granulierte Hochofenschlacke
oder pelletierte Hochofenschlacke aufweisen. Diese Schlacken weisen
einen Glasgehalt auf, der aus dem schnellen Ablöschen mit Wasser resultiert
und der üblicherweise über 90 Gewichts-%
liegt und sie weisen einen Wassergehalt von 3 bis 20 Gewichts-%,
im allgemeinen 5 bis 15 Gewichts-% auf. Pelletierte Hochofenschlacke
weist im allgemeinen einen niedrigeren Wassergehalt im Bereich von
5 bis 10 Gewichts-% auf.
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Granulierte
Hochofenschlacke weist eine Teilchen- oder Körnchengröße von bis zu 0,25 Inch oder
bis zu 4,75 mm auf. Pelletierte Hochofenschlacke weist eine Pelletgröße bis zu
0,5 Inch auf.
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Der
analytische Gehalt von Hochofenschlacken in Nordamerika ist für analytische
Zwecke als Oxide, ausgenommen für
den Schwefel-Gehalt, in der unten dargestellten Tabelle I angegeben:
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Stahlschlacke
ist ein Nebenprodukt aus der Stahlproduktion und kann berücksichtigt
werden, falls sie eine ähnliche
Chemie wie Hochofenschlacke aufweist; inakzeptable Magnesium-Gehalte
können
ihre Verwendung auf geringe Zugabemengen beschränken.
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Nicht-Eisen-Schlacken-Nebenprodukte
aus der Produktion verschiedener Nicht-Eisen-Metalle aus ihren Erzen können auch
berücksichtigt
werden, falls sie eine ähnliche
Chemie wie Hochofenschlacke aufweisen.
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c) Feinkieselerde
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Feinkieselerde
ist ein Nebenprodukt bei der Produktion von Silizium oder Eisen-Silizium-Legierungen und
wird durch Filtration der den Lichtbogenofen verlassenden Gase gesammelt.
Normalerweise weist sie einen Siliziumdioxid-Gehalt von mindestens
75 Gewichts-% auf und besteht aus feinen, kugelförmigen Teilchen, die einen
mittleren Durchmesser von ungefähr
0,1 Mikrometern aufweisen.
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ii) Verfahren
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Das
Verfahren ist hierin nachstehend mit Bezug auf die Ausführungsform
beschrieben, in der das Streckmittel eine Kohlenasche ist, insbesondere
eine mit Kohlenstoff verunreinigte Kohlenasche, die Erfindung betrifft
jedoch analog auch nicht mit Kohlenstoff verunreinigte Kohlenasche
und mit Kohlenstoff verunreinigte oder nicht verunreinigte Bettasche.
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Die
Kohlenstoff-haltige Flugasche wird dem laufenden Bett des heißen Zementklinkers
in dem Kühler zugegeben,
stromabwärts
der Zementofenbrennzone, wobei der Zementklinker in dieser Phase
körnig
ist und normalerweise aus bis zu 25,4 bis 30,48 cm (10 bis 12 Inch)
großen
Teilchen besteht. Der heiße
Zementklinker läuft
entlang eines Weges von dem stromaufwärts gelegenen Ende zu dem stromabwärts gelegenen
Ende des Kühlers.
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Das
Bett des Zementklinkers ist normalerweise 15,24 bis 60,96 cm (6
bis 24 Inch) dick und läuft
mit einer Geschwindigkeit, die abhängig von den Kühlerabmessungen
und dem Durchsatz des Ofens variiert; normalerweise beträgt die Geschwindigkeit
etwa 60,96 bis 182,9 cm/min (2 bis 6 Fuß/min) und das Bett weist eine Temperatur
auf, die von etwa 1400°C
an der Eingangsöffnung
des Kühlers,
unmittelbar stromabwärts
der Zementofenbrennzone, bis zu 100°C–150°C, normalerweise ungefähr 120°C, an der
Ausgangsöffnung
des Kühlers
reicht.
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Normalerweise
weist der Klinker eine Verweilzeit in dem Kühler von 15 bis 60, üblicherweise
von 20 bis 40 und typischerweise von etwa 30 Minuten auf. Der Klinker
in dem Klinkerbett variiert in der Größe und kann Agglomerate aufweisen,
die bis zu 25,4 bis 30,48 cm (10 bis 12 Inch) groß sind.
Kühlluft-Ströme werden durch
das laufende Klinkerbett geführt, üblicherweise
von unterhalb des Bettes. Das große Volumen der in den Kühler eingespeisten
Kühlluft
weist üblicherweise
zwei Ausström-Bahnen
aus dem Kühler
auf, eine in einer im wesentlichen stromaufwärts gerichteten Richtung von
dem Kühler
in den Zementofen, wo sie eine Zweitluft für in dem Zementofen stattfindende
thermische Prozesse bereitstellt; und die andere in einer im wesentlichen stromabwärts gerichteten
Richtung, wobei sie durch Staubabscheider am stromabwärts gelegenen
Ende des Kühlers
entweicht.
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Der
heiße
Klinker wird folglich der Kühlluft
auf dem Laufweg des Bettes ausgesetzt, so dass der Klinker fortschreitend
von ungefähr
1400°C auf
etwa 150°C
abgekühlt
wird, während
er von dem stromaufwärts
gelegenen Ende zu dem stromabwärts
gelegenen Ende läuft.
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Die
Flugasche wird geeigneterweise in das laufende Bett des Zementklinkers
zugegeben, so dass die gesamte oder ein Hauptteil der Flugasche
mit dem Zementklinker zur Ausgangsöffnung des Kühlers läuft. Außerdem wird
die Flugasche dem laufenden Zementklinker an einer solchen Stelle
zugegeben, dass die Flugasche eine angemessene Aufenthaltszeit in
dem Kühler
aufweist, bei einer ausreichend hohen Temperatur, geeigneterweise
bei zumindest 1000°C
und üblicherweise
bei 1000°C
bis 1400°C,
zur Verbrennung des Kohlenstoff-Gehalts der Flugasche und zum Schmelzen
der Flugasche zu einem partiell geschmolzenen Material, das in dem
Kühler
mit dem heißen
Zementklinker reagiert, um einen partiell verschmolzenen pyro-verarbeiteten Klinker
zu bilden, der primär
aus hydraulischen Calciumsilikaten zu bestehen.
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Da
die Verbrennung des Kohlenstoff-Gehalts eine exotherme Reaktion
ist, unterstützt
die während
der Verbrennung des Kohlenstoffs frei werdende Wärme die gesamte Pyro-Verarbeitung
des Zementklinkers und hilft auch bei der Förderung der Pyro-Verarbeitung
der Flugasche zu kristallinen hydraulischen Silikaten.
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Verschiedene
Fördereinrichtungen
können
für die
Zugabe der Flugasche zu dem Klinker verwendet werden und die Konstruktion
und Anordnung geeigneter Fördereinrichtungen
in dem Kühler
liegt voll im Rahmen der Fähigkeiten
von Fachleuten.
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In
einem Zementwerk ausgeführte
Versuche zeigen, dass, wenn fein getrennte F-Flugasche als Streckmittel zugegeben
wird, der optimale pneumatische Zugabepunkt für die Ofen- und Kühler-Anordnung
in dem ersten, am weitesten stromaufwärts gelegenen Abschnitt des
Kühlers
liegt, wo die Temperatur am höchsten
ist. Dies stand im Gegensatz zu den Erwartungen, dass die große Nähe zu dem
Ofen es ermöglichen
würde,
dass die Flugasche durch den Luftstrom von dem Kühler in den Hauptteil des Ofens
gefegt würde.
Die Klinker-Oberfläche
wies eine Temperatur auf, die ausreichend war, um die Asche-Teilchen
mit dem Klinker zu verschmelzen und zu verbinden.
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Beispielsweise
kann eine trockene (oder feuchte oder angefeuchtete) Flugasche durch
eine rückwärts gerichtete
Förderschnecke
zugegeben werden, die konstruiert ist, um eine adäquate Verteilung
in dem Kühlerbett
für eine
verbesserte Vermischung mit dem heißen Klinker zu ergeben. Eine
Zugabe in das Innere des Bettes minimiert auch einen möglichen
Verlust der Flugasche durch Mitnahme in der aus dem Kühler in
den Ofen strömenden
Luft.
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Beispielsweise
könnte
agglomerierte Flugasche, Bettasche oder Schlacke auf Grund der größeren Teilchengröße in die
Klinkermasse stromabwärts
der Brennzone zugegeben werden, während sie von dem Ofengehäuse in den
Kühler
läuft,
um eine gute Vermischung zu gewährleisten.
Das Streckmittel, beispielsweise Flugasche, wird dem Klinker geeigneterweise
in dem Kühler
in einer Menge zugegen, die einen Streckmittel-Gehalt von beispielsweise
Flugasche in dem Klinker von ungefähr 2 bis 25 Gewichts-%, vorzugsweise
5 bis 15 Gewichts-%, noch bevorzugter 5 bis 10 Gewichts-% bezogen
auf das Gesamtgewicht des Streckmittels und des Klinkers ergibt.
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iii) Zement
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Der
aus dem Kühler
gewonnene Zementklinker wird bis zu einer gewünschten Feinheit des Zementklinkers
gemahlen. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Flugasche
oder ein anderes Streckmittel durch partiell verschmelzende Pyro-Verarbeitung
in den Zementklinker integriert, um die Ausbeute des aus der Ofenanordnung
gewonnenen Zementklinkers zu steigern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Ofenanordnung, die einen Ofen
und einen Kühler
umfasst.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
UNTER BEZUGNAHME AUF DIE ZEICHNUNGEN
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst eine Ofenanordnung 10 eine
Einspeiseöffnung 12,
einen Drehofen 14 und einen Kühler 16.
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Der
Ofen 14 ist für
eine Rotation relativ zu der Einspeiseöffnung 12 und dem
Kühler 16 montiert.
Der Drehofen 14 weist eine Trocknungszone 20 zur
Verwendung in einem Nassverfahren, eine Kalzinierzone 22, eine
Brennzone 24 und eine Vorkühlzone 26 am Ausgabeende
des Ofens 14 auf.
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Der
Drehofen 14 erstreckt sich zwischen einer Eintrittsöffnung 18 und
einer Klinker-Austrittsöffnung 28.
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Eine
außerhalb
des Ofens 14 montierte Brenner-Anordnung weist eine in
einer Brennhaube 38 montierte Brennerdüse 32 auf, wobei die
Düse 32 sich
durch die Austrittsöffnung 28 in
den Ofen 14 erstreckt. An der Düse 32 wird eine Flamme 36 erzeugt.
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Der
Kühler 16 weist
eine Eingangsöffnung 42,
die mit der Klinker-Austrittsöffnung 28 des
Ofens 14 verbunden ist, und eine Ausgangsöffnung 44 auf.
Ein Kühlerrost 40 ist
in dem Kühler 16 montiert
und unter dem Kühlerrost 40 angeordnete
Luftdüsen 46 führen nach
oben durch den Kühlerrost 40 und
durch ein auf dem Kühlerrost 40 liegendes
Bett 52 gerichtete Kühlluftströme zu. Die
Anordnung 10 umfasst eine Luftstrom-Kammer 54 zur
pneumatischen Zugabe eines Streckmittels, beispielsweise mit Kohlenstoff
verunreinigte Flugasche 50, mit einer Luftdüse 46 von
unterhalb des Kühlerrostes 40 an
einem stromaufwärts
gelegenen Ende des Kühlers 16 und
insbesondere durch eine stromaufwärts gelegene Luft-Kammer 54 des
Kühlers 16.
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Die
gezeigte Anordnung 10 umfasst auch eine alternative Öffnung 56 zur
Zugabe des Streckmittels, beispielsweise Hochofenschlacke, in den
Ofen 14 stromabwärts
der Brennzone 24 und insbesondere an dem Ausgangsende des
Ofens 14 in die Vorkühlzone 26.
Der Kühler 16 weist
einen Luftauslass 48 auf.
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Der
Kühlerrost 40 weist
eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Platten auf. Einige
der Platten weisen durch sie hindurchgehende Öffnungen auf, um einen Durchgang
der Kühlluft
zu ermöglichen.
Einige Platten sind fixiert und andere sind montiert, um vor und
zurück
zu schwingen. Die Bewegung der schwingenden Platten bewegt den Klinker
und damit die Flugasche. Durch den Rost 40 wird Luft durch
die Luftdüsen 46 geblasen,
die in Gruppen angeordnet sind, wobei jede Gruppe mit einer Luftstrom-Kammer
verbunden ist.
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Der
Kühlerrost 40 ist
von der Eingangsöffnung 42 zu
der Ausgangsöffnung 44 nach
unten geneigt. Das Bett 52 des Klinkers bewegt sich durch
die Schwingung einiger der Platten in Verbindung mit der Neigung
und der Zugabe von Klinker, der in den Kühler 16 von dem Ofen 14 zugegeben
wird, zu der Ausgangsöffnung 44.
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Im
Betrieb werden Zementklinker-Ausgangsstoffe in Teilchen-Form durch
die Einspeiseöffnung 12 und die
Eintrittsöffnung 18 in
den Ofen 14 zugegeben, wo sie zuerst in die Trockenzone 20 eintreten.
Der Ofen 14 dreht langsam und ist von der Öffnung 18 zur
Austrittsöffnung 28 abwärts geneigt.
Mit der Drehung des Ofens 14 gelangen die Ausgangsstoffe
langsam und aufeinander folgend durch die Trockenzone 20,
die Kalzinierzone 22 und die Brennzone 24, in
die von der Brenner-Düse 32 her
eine Flamme hineinreicht.
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In
der Trockenzone 20 reicht die Temperatur üblicherweise
von 300°C
bis 800°C.
In der Kalzinierzone 22 reicht die Temperatur üblicherweise
von 825°C
bis 1000°C
und in der Brennzone 24 liegt die Temperatur üblicherweise
bei 1400°C
bis 1425°C.
Die Klinkerbildung wird in der Brennzone 24 abgeschlossen.
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Der
Ofen 14 arbeitet in der herkömmlichen Weise zur Bildung
von Zementklinker und die vorliegende Erfindung betrifft nicht den
Betrieb des Ofens 14 und modifiziert in keiner Weise den
Betrieb des Ofens 14 zur Bildung von Zementklinker. In
dem Ofen 14 gebildeter heißer Klinker wird durch die
Klinker-Austrittsöffnung 28 abgegeben
und tritt in den Kühler 16 durch
die Eingangsöffnung 42 ein,
wo er auf den Kühlerrost 40 fällt, der den
heißen
Klinker zur Ausgangsöffnung 44 bringt.
Der auf den Kühlerrost 40 fallende
heiße
Klinker bildet ein Bett 52 von Klinker-Teilchen, die üblicherweise
eine Dicke oder Breite von 15,24 bis 60,96 cm (6 bis 24 Inch) aufweisen.
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Luft
wird unter Druck durch die unter dem Kühlerrost 40 angeordneten
Luftdüsen 46 eingeblasen,
die Luft dringt durch die Platten des Kühlerrosts 40 und durch
das Bett 52, wobei der Klinker fortschreitend durch die
Luft von den Düsen 46 gekühlt wird,
während
er zu der Ausgangsöffnung 44 gelangt.
Der Kühler 16 wird üblicherweise
unter niedrigem Druck oder partiellem Vakuum betrieben und die aufwärts durch
das Bett 52 dringende Luft strömt entweder entlang des durch
die Pfeile A gekennzeichneten Weges in den Ofen 14 oder entweicht
durch das stromabwärts
gelegene Ende des Kühlers
entlang des durch die Pfeile B gekennzeichneten Weges. Der Laufweg
des Bettes 52 ist durch die Pfeile C angezeigt.
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Mit
Kohlenstoff verunreinigte Flugasche wird dem Klinker durch den stromaufwärts gelegenen
ersten Abschnitt 50 durch Luftdüsen an einem stromaufwärts gelegenen
Ende des Kühlers 16,
wo die Temperatur für die
Pyro-Verarbeitung der Flugasche ausreichend hoch ist, zugegeben,
falls sie als Streckmittel ausgewählt ist und in ihrer fein verteilten
Form vorliegt. Dies stellt lediglich eine Stelle dar, an dem mit
Kohlenstoff verunreinigte Flugasche zugegeben werden kann. Die mit
Kohlenstoff verunreinigte Flugasche wird pneumatisch unterhalb des
Bettes 52 durch den Abschnitt 50 zugegeben, um
so unter Einfangen der Flugasche in dem Bett 52 in das
Bett 52 einzudringen.
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Während das
Bett 52 mit der mit Kohlenstoff verunreinigten Flugasche
zu der Ausgangsöffnung 44 läuft, wird
der Kohlenstoff-Gehalt der Flugasche unter Wärmeentwicklung zu Kohlenstoffoxiden
verbrannt und führt
mit der Wärme
des heißen
Zementklinkers zu einem partiell durch Pyro-Verarbeitung geschmolzenen Klinker,
der hauptsächlich
aus kristallinen hydraulischen Calciumsilikaten besteht. Am stromabwärts gelegenen
Ende des Kühlers 16 fallen
der resultierende gekühlte
Klinker und die kohlenstofffreie Flugasche von dem Kühlerrost 40 durch
die Ausgangsöffnung 44 und
gelangen zu einer weiteren Verarbeitung, wie beispielsweise Mahlen
für die
Herstellung von Zement.
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Feine
Flugasche- und/oder Zementklinker-Teilchen, die in der den Auslass 48 entlang
des Strömungsweges
B verlassenden Luft mitgerissen werden, werden auf die übliche derzeit
für Klinker-Feinstaub
verwendete Weise gesammelt und zurückgeführt.
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BEISPIEL
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In
einem Zementwerk wurde ein Versuch durchgeführt, um die Effektivität der Zugabe
von Klasse-F-Flugasche als Streckmittel für Zementklinker zu bestimmen.
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Die
Flugasche wurde pneumatisch durch verschiedene Abschnitte unter
den Kühlerrosten
in den Ofenkühler
zugegeben.
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An
fünf Proben-Entnahmestellen
einschließlich
dem Feuerungskopf, dem Kühler-Ausgang vor dem 2. Zug,
nach dem 2. Zug, dem Mischbettfilter-Vorreinigungs-Zyklon und dem Spülzyklon
wurden Proben entnommen.
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Die
Flugasche wurde mit 1,22 Tonnen pro Stunde zugegeben bei einem Ofendurchsatz
von 24,42 Tonnen pro Stunde.
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In
einem der Versuche wurde die Flugasche durch den stromaufwärts liegenden
Abschnitt durch den Kühllüfter Nr.
1 zugegeben.
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Proben
von den einzelnen Stellen zeigten, dass in der Feuerungskopf-Probe
keine Flugasche vorhanden war; 97% des gesamten Materials wurde
vor dem 2. Zug gewonnen; in dem Spülzyklon wurde im wesentlichen
kein (0,1%) Material gewonnen; und 100% des Materials wurden nach
dem 2. Zug gewonnen. In jedem Fall schmolz mehr als 90% der Flugasche.
