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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zement Man kennt bereits
Verfahren zur Herstellung von Zement, bei welchen Zementrohmehl und Kohlenstaub
in eine Sinterkammer eingeblasen werden. In keinem -dieser Verfahren ist jedoch
Wert-- darauf gelegt; die Brennflamme in der Sinterkammer scharf zusammenzuhalten
und ihr eine Drallbewegung zu erteilen. Man hat auch bereits vorgeschlagen, das
Rohmehl in erwärmtem Zustand in die Sinterkammer einzuführen. Bei diesem Verfahren
ist es jedoch nur möglich, mit Mahltemperaturen von etwa 30o bis 4000 zu arbeiten.
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Demgegenüber besteht die neue Erfindung darin, daß das Zementrohmehl
vor Eintritt in die Kammer entsäuert, auf eine Temperatur von 90o bis iooo° gebracht
und mit dem Brennstaub sowie Luft zusammen oder getrennt in dieSinterkammer eingeführtwird,
wo dem Staub-Luft-Gemisch eine Drallbewegung erteilt wird. Bei dieser Arbeitsweise
bringt man -das Zementrohgut mit so hoher Temperatur in die Sinterkammer, daß sich
auch der schwerst entzündliche Brennstoff, wie z. B. Magersteinkohle, sofort entflammt.
Infolge der von Anfang an bei dem Verfahren herrschenden sehr hohen Temperatur kann
die Verbrennung mit fast theoretischer Luftmenge stattfinden. Die kohmehlteilchen
bieten eine derartig große und in feiner Verteilung vorliegende Oberfläche und fließen
dabei infolge ihrer Drallbewegung bzw. der dadurch erzeugten Fliehkraft in solcher
Raumdichte an der Wandung der Sinterkammer entlang, daß man von einer katalytischen,
gleichsam flammlosen Verbrennung sprechen kann. Der Gewichtsanteil von Kohlenstaub
zu Rohgut beträgt etwa i : io bis i : 13.
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Die Erfindung kann man vorteilhaft dadurch verbessern, daß die Verbrennungsluft
ganz oder zum Teil am Umfang der trominelförmig gestalteten Sinterkammer, un-1 zwar
möglichst gleichmäßig über deren Länge verteilt, eingeführt wird und .das Staubgemisch
von außen nach innen durchströmt. Innerhalb desselben findet nunmehr die Verbrennung
des Brennstaubes statt, wobei die glühenden Rollgutteilchen, wie bereits oben beschrieben,
als Strahlungskörper und gleichsam als Katalysatoren für die Verbrennung wirken.
Die katalytische Wirkung ist um so höher, je mehr Rohgut im Verhältnis zum Brennstaub
eingeführt wird, um so vollkommener ist auch die Verbrennung, welche flammlos und
praktisch ohne Luftüberschuß erfolgt. Die Verbrennungswärme wird nur zum kleineren
Teile von den Verbrennungsgasen aufgenommen, der größere Teil geht unmittelbar in
das staubförmige Rohgut über, treibt dessen restliche Kohlensäure aus und erhitzt
das Gut bis auf Sintertemperatur. Nunmehr tritt das Gut in die Sinterzone über,
in welcher je Kilogramm - Klinker etwa ioo lzcal frei werden, die abgeführt werden
müssen, um eine unliebsame Überhitzung des Klinkers zu vermeiden. Dies geschieht
z. B. durch Zufuhr .einer entsprechenden Menge von erhitztem und teilweise entsäuertem
Rohgut, dessen Wärmebedarf für Entsäuerung und Erhitzung auf Sntertemperatur gleich
:der
Sinterwärme des im Ofen bereits vorhandenen Gutes und des neu
hinzutretenden sein muß. Es können aber auch Kühlgase zugeführt werden, oder es
wird Kohlenstaub zugesetzt, der durch Reduktion von Kohlendioxyd Wärme bindet, womit
insofern ein Vorteil verbunden ist, als dann die Sinterung in der durch die Reduktion
entstehenden IKohlenoxydatmosphäre, wie die Erfahrung lehrt, bei niederer Temperatur
erfolgen kann als sonst. Das entstehende Kohlenoxyd wird im weiteren Verlaufe des
Brennverfahrens wieder verbrannt und für die Vorwärmung des Rohgutes nutzbar gemacht.
Für die geschilderten Vorgänge ist das Verhalten von Rohstaub in dein Temperaturbereich
zwischen goo und z4oo° (Sintertemperatur) wichtig; in diesem Temperaturbereich verliert
er fast jede innere Reibung und fließt auf einer festen Unterlage wie Wasser.
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Wenn der Staub beispielsweise in einer zylindrischen Kammer oder einer
solchen von schwach konischer Form sich in ganz flachgängigen Spiralen bewegt, wird
einlanger Auslaufweg und damit genügende Reaktionszeit für Verbrennung und Sinterung
erzielt; die Fliehkraft des Staubes kann durch den Strömungsdruck der etwa radial
einströmenden Luft aufgehoben werden, womit die Wandreibung vollkommen verschwindet.
In bezug auf Wärmestrahlung ist der glühende Rohstaub ein Körper schwarzer Strahlung,
verhält sich also ähnlich wie Schamotte und wirkt, wenn für möglichst große Raumdichte
des Rohstaub - Brennstaub - Gemisches und gleichzeitige :innige Durchwirbelung desselben
gesorgt wird, als Katalysator für die Verbrennung.
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Aus dem Sinterraum gelangen die gesinterten Teilchen in die anschließende
Staubkammer, wo sie, der Schwere folgend, sich am Boden niederschlagen; der Boden
der Staubkammer wird durch die obere glühende Klinkersch.icht des schachtförmigen
Klinkerkühlers gebildet, der unter der Staubkammer angeordnet wird, und die Menge
der dem Klinkerkühler zugeführten Kühlgase wird so bemessen, daß die oberste Schicht
auf Sintertemperatur gehalten wird und die gröberen, noch nicht gesinterten Teile
dort nachsintern müssen. Dieser Vorgang wird durch die Rückstrahlung der heißen
Gase in der Staubkammer, die mit Sintertemperatur in sie eintreten, sowie durch
Rückstrahlung der weißglühenden Wände der Staubkammer unterstützt.
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Die Staubkammer sammelt die hocherhitzten Gase aus dem in sie mündenden
Sinterraum sowie aus dem unter ihr befindlichen Klinkerkühler; unmittelbar aus der
Staubkammer entweichen diese heißen Gase mit Sintertemperatur in den benachbarten
Vorwärmeschacht oder eine sonstige dort angeordnete Vorwärmevorrichtung, ohne daß
nennenswerte Strahlungsverluste auftreten können. Ein besonderer wärmetechnischer
Vorteil wird dann erreicht, wenn Abgase und Klinker an einer Seite des Ofens entweichen,
so daß ihre gemeinsame Strahlung sowohl der Oberfläche des Klinkerkühlers wie der
Sinterkammer zugute kommt und daß an der gemeirisamen Entnahmestelle aller Abgase
unmittelbar, ohne Zwischenschaltung langer wärmeverbrauchenderRohrleitungen, die
Vorwärmevorrichtung für das Rohgut angeschlossen werden kann.
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Wird im Sinterraum zwecks Wärmebindung Kohlenoxyd oder Wasserstoff
gebildet, so werden diese Gase zweckmäßig beire Eintritt in den Vorwärmesohacht
durch dort zugeführte Luftmengen verbrannt.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens in betrieblicher Hinsicht ist
folgender: Infolge der starken Strahlung und .der genau einstellbaren Temperatur
im Sinterraum und in der obersten Schicht des Klinkerkühlers wird eine so vollkommene
Sinterung erzielt, daß ungebundener Kalk überhaupt nicht auftreten kann. Da die
Vorwärmung und Sinterung sich in wenigen Sekunden vollzieht, ist es möglich, an
irgendeiner Stelle des Klinkerkühlers- dauernd Proben zu entnehmen und auf Grund
des Ausfalls derselben sowie an Hand von fortlaufend durchgeführten Gas- und Temperaturmessungen
in einer Meßzentrale Rückschlüsse auf den Gang des Verfahrens und die zu erwartende
Klinkergüte zu ziehen. Eine Fernsteuerung, die elektrisch oder elektropneumatisch
arbeiten kann, dient dazu, die Zuteilung von Rohgut, Brennstaub, Verbrennungsluft,
Kühlgasen, Kiihlstaub für die Sinterzone usw. augenblicklich. zu regeln und ,dauernd
den günstigsten Betriebszustand aufrechtzuerhalten. Durch Anordnung von Hilfsbunkern
und deren Betätigung durch die Fernsteuerung kann ebenfalls augenblicklich in die
chemischen Reaktionen eingegriffen werden, indem z. B. neben dem Rohgutbunker kleinere
Bunker mit Rohgut von sehr hohem oder sehr niederem Kalkgehalt, wie Bauxit u. d.gl.,
angeordnet werden, aus denen gegebenenfalls gewisse Mengen dem Rohgutstrom z. B.
beim Eintritt in den Vorwärmesehacht zugemischt werden, um die chemische Zusammensetzung
des Klinkers- zu ändern. Die Durchwirbelung im Vorwärmeschacht und besonders in
der Sinterkammer ist derart kräftig, daß eine genügende Dürchmischung der einzelnen
Rohgutbestandteile stattfindet. Ebenso ist es möglich, für den Brennstoff verschiedene
Bunker vorzusehen, um je nach Bedarf Kohlesorten
mit hohem und niederem
Heizwert und mit verschiedenen Gehalten an flüchtigen Bestandteilen verwenden zu
können.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß infolge des
günstigen Verhältnisses von Kohle zu Rohgut der Aschenanteil des Klinkers verhältnismäßig
gering und dadurch eine Verbesserung der Güte des Klinkers erzielt wird. In baulicher
Hinsicht ist insofern durch das Verfahren ein Fortschritt gegeben, als die hohen
Strömungsgeschwindigkeiten von Kohle, Rohgut usw. zu kleinen Abmessungen der Sinterkammer
usw., bezogen auf :die Leistung, führen, wodurch es ohne weiteres möglich erscheint,
Erzeugungseinheiten mit Tagesleistungen von 6oo Tonnen Klinker und mehr aufzustellen.
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Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder, und
zwar zeigt Abb. i einen Zementbrennofen im mittleren Längsschnitt. Abb. z, 3 und
q. sind Schnitte nach der Linie A-B, C-D und E-F. Abb. 5 zeigt eine geänderte Ausführungsform
der ersten Vorwärmekammern (Schnitt G-H). Abb. 6 zeigt einen Zementbrennofen, teilweise
im Schnitt und in Ansicht, mit senkrechter Brennkammer. Abb. 7 gibt eine Seitenansicht
des Ofens in Richtung j wieder, während Abb. 8 einen Schnitt nach der Linie K-11-1
der Abb.6 darstellt.
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Das Rohgut wird in die Kammer a (Abb. i) eingeführt und durch eine
Reihe nebeneinander angeordneter Austragglieder b (Abb. z), die nicht besonders
:dargestellt sind, aus der Kammer gleichmäßig über den ganzen Querschnitt verteilt
ausgetragen. Das Gut fällt über sattelartige Einbauten c, d und gelangt in
die beiden ersten Vorwärmekammern e1, e2. Es fällt hier im Gegenstrom zu den Abgasen
herunter. Dabei werden die Abgase :durch Einbauten f gezwungen, ständig ihre Richtung
zu wechseln und besonders innig mit dem Rohgut in Berührung zu kommen. Ein Anbacken
des Rohgutes bei diesen Einbauten ist nicht zu befürchten, weil sie schräg geneigt
sind und das Rohgut bei höheren Temperaturen außerordentlich leicht fließt. Das
vorgewärmte Rohgut gelangt -dann durch eine Schurre g in ein Becherwerk h, durch
welches .es in den Bunker ä gefördert wird. Diese Fördermittel können bei Bedarf
wärmeisoliert sein. Aus dem Bunker i fällt das Rohgut durch die senkrechte Schurre
k herab; dabei kann durch entsprechende feuerfeste Einbauten na Vorsorge getroffen
sein, daß das Rohgut sich gleichmäßig auf den Querschnitt der zweiten Vorwärmekammer
ra verteilt. Die zweite Kammer ist mit ähnlichen Einbauten o versehen wie ,die erste.
Das Rohgut gelangt in hocherhitztem Zustand in den Auslauf p, der tangential zu
der Sinterkammer q angeordnet ist. Der Kohlenstaub wird der Sinterkammer aus dem
-Bunker r durch das Fallrohrs zentral zugeführt. Gleichzeitig wird in die Kammer
vorgewärmte Luft eingeblasen, und zwar zentral durch die Rohrleitung t. Die
Rohrleitung t mündet in einen an sich bekannten Wirbelbrenner v1. Hierdurch
wird.:der Brennflamme eine starke Drehung erteilt. Außerdem hat die Brennkammer
eine Reihe von radialen Schlitzen zi, durch welche ebenfalls vorgewärmte Brennluft
eingeblasen wird. Es entsteht so in der Brennkammer eine heiße Kohlenstaubflamme,
in welche das Rohgut, da es mit außerordentlich großer Geschwindigkeit aus der zweiten
Vorwärmekammer herabstürzt, tangential ein.-geschleudert wird. Die radiale Anordnung
:der Schlitze u bewirkt dabei, daß die festen Teile trotz ihrer Wirbelbewegung von
der feuerfesten Auskleidung der Sinterkammer ferngehalten werden. Der letzte Teil
der Kammer ist ebenfalls mit radialen Schlitzen v versehen und mit einem Gehäuse
w umgeben. Durch die Rohrleitung x kann man beispielsweise abgekühlte Abgase zuführen,
die den Zweck haben, die bei der Sinterung des Gutes frei werdende Wärme abzuführen.
Die Zeichnung läßt erkennen, daß die Rohrleitung v mit einem Gebläse y verbunden
ist, das .durch die Leitung z die Abgase ansaugt. Das gesinterte Gut gelangt beim
Austritt- aus der Sinterkammer in die Staubkammer a1 und fällt dann in einen Schachtkühler
b, Der Schachtkühler ist ebenfalls feuerfest ausgemauert und an seinem unteren konischen
Ende mit Lufteintrittsschlitzen c1 versehen. Das Gebläse y ist durch eine Leitung
d'1 mit dem Gehäuse f1 verbunden, das den Kühlerauslauf umgibt, so: daß abgekühlte
Abgase in den Kühler gedrückt werden.
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Die Abb. i läßt ferner erkennen, daß der Sinterschacht b1 und die
Staubkammer a1, gegebenenfalls auch noch weitere Teile der Ofenanlage, die stark
erhitzt sind, mit einem Blechmantel g1 umgeben sind, so daß ein Hohlraum entsteht,
durch welchen mittels des Gebläses lt, Luft durchgeblasen wird, die sich
hierbei sehr stark erhitzt und, wie bereits oben beschrieben, als vorgewärmte Verbrennungsluft
benutzt wird.
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Statt der winkligen Einbuchtungen f kann man auch, wie die Abb. 5
erkennen läßt, rostartige Einbauten il verwenden, die die Gase zickzackförmig umlenken,
aber genügenden Querschnitt bieten, damit das Gut durch die Rostspalten nach unten
fallen kann. Diese Stäbe müssen aus hoch hitzebeständigem Stoff gemacht werden.
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An die Rohrleitung s sind zwei weitere L eitungen h1 für den -Brennstoff
angeschlossen. Diese Rohrleitungen münden in den
Schacht g; so daß
sich der Brennstaub bereits vor Eintritt-in.. die Sinterkammer mit Rohgut mischt
und- erhitzt. Durch eine Klappe m1 hat man die Möglichkeit, im Anfang den Kohlenstaub
zentral in die Sinterkammer einzuführen und ihn erst dann durch die Leitungen k1
zu schicken, wenn die Sinterkammer auf genügend hohe Temperatur erhitzt ist.
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Die Abb. q. läßt besonders die Einbauten nl und o1 erkennen, die den
Zweck haben, ein Hochreißen der gesinterten Körner nach oben zu verhüten. Dabei
ist angenommen, daß die Staubflamme in der Sinterkammer eine Wirbelung im Sinne
des Uhrzeigers erfährt. Man erkennt ohne weiteres aus der Abbildung, daß Teile,
die nach oben geschleudert werden, teils durch den Einbau n1, teils auch durch den
Einbau o1 abgefangen werden.
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Die Abb. 3 läßt erkennen, wie die Abgase aus der Staubkammer a1 in
die Vorwärmeschächte e1, e2 und n abgezogen werden. Der Grundriß läßt erkennen,
daß diese Schächte etwa versetzt angeordnet sind und zwischen den Schachtwandungen
noch Lufträume p1 verbleiben. Diese Anordnung ist getroffen, um eine übermäßige
Erhitzung und ein Zusammenschmelzen der Schachtwände zu verhindern.
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Die Abb. 6 zeigt die gleiche Einrichtung bei einer Sinterkammer mit
senkrechter Achse. Der Brennstaub wird aus dem Bunker q1 durch die Leitung r1 zugeführt.
Dabei kann man die Leitung r1 zweckmäßig gabeln und den Brennstaub an zwei gegenüberliegenden
Punkten- in die Sinterkammer s1 einführen. Das Rohmehl wird aus dem Schacht n durch
die feuerfest ausgekleidete Schurre t1 zugeführt. Weiter ist eine Leitung u1 vorgesehen,
um Rohgut, welches nur durch die erste Vorwärmekammer e1, e2 vorerhitzt ist, so
also noch nicht die höchste Temperatur erlangt hat, in den unteren Teil der Sinterkammer
einzuführen. Dies geschieht, um die Temperatur in der Sinterkammer nach Belieben
regeln zu können. Sowohl die Brennstoffleitungen r1 wie die Rohgutleitungen t1 und
u1 werden tangential in die Sinterkammer eingeführt, um die notwendige Drallbewegung
des Gutes zu erzeugen. Außerdem kann man die Luftschlitze w1 im obersten Teil der
Sin- . t.erkammer tangential anordnen, so daß die Staubflamme eine starke Wirbelung
:erfährt. In dem übrigen Teil der Kammer wird man dagegen die Schlitze wie bei der
Ausführung nach Abb. r radial halten, um eine Reibung der Zementteilchen an -den
Wänden der Sinterkammer zu verhindern. Auch bei dieser Ausführung ist die Luftkammer
x1, welche die Sinterkämmer umgibt, geteilt, so daß man in der Lage ist, in der
oberen Hälfte vorgewärmte Brennluft, in der unteren Hälfte jedoch Kühlluft einzublasen.
Im übrigen entspricht die Anordnung der Ausführung nach Abb. i. Die senkrechte,Anordnung
der Sinterkammer hat den Vorteil, daß sich das gesinterte Gut zwanglos in den Kühlbehälter
b1 absetzt, während die verbrannten Gase durch den Schacht y1 nach oben entweichen
und, wie Abb. 8 zeigt, in die Vorwärmekammern e1, e2 und n umgeleitet werden.
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Am oberen Ende der Vorwärmekammern e1, e2 sind Gasklappen. z1 (Abb.
2) angebracht; hiermit kann man nach Bedarf die Menge der Gase, die durch die genannten
Vorwärmekammern bzw. durch die Kammern streichen, regeln. Nach Durchstreichung der
Vorwärmekammern ei, e2 gelangen die Abgase in die seitlichen Kammern a2 und
werden von dort in geeignete Filterkammern abgesaugt, damit sie von den etwa mitgerissenen
Rohgutteilchen befreit werden.