DE69627145T2

DE69627145T2 - Verfahren und vorrichtung zur verwendung von hochofenschlacken bei der zementherstellung

Info

Publication number: DE69627145T2
Application number: DE69627145T
Authority: DE
Inventors: D. Rom YOUNG
Original assignee: Texas Industries Inc
Current assignee: Texas Industries Inc
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2016-01-17
Also published as: CA2215406A1; PL322272A1; YU80695A; CZ287497A3; DE69627145D1; UA46015C2; MX9505142A; JP2977910B2; PT827491E; SK283257B6; WO1996028397A1; KR19980702994A; AU4750196A; US5494515A; AR000768A1; KR100252722B1; CN1184457A; TW328942B; RU2146660C1; DK0827491T3

Description

1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen die Herstellung von Zementklinker in langen Drehöfen. Insbesondere betrifft die Erfindung das Verfahren und die Vorrichtung für die Herstellung von Zementklinker in herkömlichen, langen Naß- oder Trockendrehöfen, bei denen Hochofenschlacke zugefügt wird an dem Eingabeende des Ofens mit einem Strom an Aufgabematerial, welches Kalkstein enthält, so daß, wenn sich der Strom aus Aufgabematerial und Hochofenschlacke auf die Wärme an dem Wärmeende des Ofens zubewegt, die Hochofenschlacke geschmolzen wird und in das Aufgabematerial eindringt, um Zementklinker zu bilden.
2. Stand der Technik
Wie in der US 5,156,676 erwähnt wird, ist die Literatur reich gesät mit Verfahren, durch welche das Kalzinieren und Verschlacken von Zementbestandteilen erreicht werden kann. Das typische Verfahren unter Verwendung eines Drehofens, entweder naß oder trocken, ist gut bekannt. Zementrohmaterialien, wie Kalkstein, Ton und Sand oder dergleichen. werden fein zermahlen und innig vermischt. um eine im wesentlichen homogene Mischung an dem Eingabe- oder Zuführende des Ofens bereitzustellen. Der Ofen ist nach unten gekippt mit einem Winkel, so daß das Wärmeende des Ofens unterhalb des Zuführendes ist. Der Ofen weist im allgemeinen vier Betriebszonen auf einschließlich einer Vorkalzinierungszone. einer Kalzinierungszone, einer Verschlackungszone und einer Kühlzone. Herkömmlicher Brennstoff wird kombiniert nur vorerwärmter Luft und in den Ofen an dem Wärmeende injiziert. Brennstoff, wie Naturgas, Öl oder pulverisierte Kohle werden herkömmlicherweise verwendet bei Zementherstellungsverfahren.
Wenn die fein verteilten Zementrohmaterialien in den Drehofen an dem Zuführende desselben gelangen, werden die Materialien von nahe Umgebungstemperatur auf 538°C (1000°F) in der Vorkalzinierungszone erwärmt. In dieser Zone wird die Wärme aus den Verbrennungsgasen aus der Kalzinierungszone verwendet, um die Temperatur der Rohmaterialien anzuheben. Zusätzlicherweise können in dem Ofen Kettensysteme oder dergleichen angefügt sein an dem Inneren des Ofens und werden verwendet, um die Effizienz des Wärmeaustausches zwischen den Gasen und Rohmaterialien zu verbessern.
Die Temperatur der Rohmaterialien wird von etwa 538°C auf etwa 1093°C (1000°F bis etwa 2000°F) gesteigert, wenn sie durch die Kalzinierungszone gelangen, und in dieser Zone wird CaCO₃ mit der Entwiclung von CO₂ zersetzt.
Kalziniertes Material mit der Temperatur von etwa 1093°C (2000°F) gelangt darin in die Verschlackungs- oder Brennzone, wo die Temperatur auf etwa 1500°C (2732°F) angehoben wird. In dieser Zone werden die Hauptrohmaterialien in die typischen Zementverbindungen, wie Tricalciumsilicat. Dicalciumsilicat, Tricalciumaluminat und Tetracalcium-Aluminoferrit, umgewandelt. Die Zementklinker verlassen dann die Verschlackungszone, wo die Klinker gekühlt werden und anschließend weiter verarbeitet werden, wie zum Beispiel durch Zermahlen.
Ferner datiert die Verwendung von zermahlener Hochofenschlacke als ein zementartiges Material zurück auf 1774. Bei der Herstellung von Eisen wird der Hochofen kontinuierlich von der. Spitze her mit Eisenoxidquellen, Flußsteinen und Brennstoff befüllt. Zwei Produkte werden aus dem Ofen erhalten: geschmolzenes Eisen, das sich an dem Boden des Ofens sammelt, und flüssige Eisenhochofenschlacke, die auf dem Pool aus Eisen aufschwimmt. Beide werden periodisch aus dem Ofen bei einer Temperatur von etwa 1500°C (2732°F) abgestochen. Die Schlacke besteht hauptsächlich aus Silica und Alumina, kombiniert mit Calcium- und Magnesiumoxiden aus dem Floßstein. Eine zementartige Aktivität dieser Schlacke zur Verwendung in Mörtel oder Beton wird bestimmt durch ihre Zusammensetzung und die Geschwindigkeit, bei welcher das geschmolzene Material gekühlt wird, wenn es aus dem Ofen kommt.
Ferner tritt bei der Herstellung von Stahl ein ähnliches Verfahren auf, bei welchem flüssige Stahlschlacke auf dem Pool aus Stahl aufschwimmt. Wiederum besteht die Stahlschlacke hauptsächlich aus Silica und Alumina, kombiniert mit Calcium- und Magnesiumoxiden. Ein Entsorgen sowohl der Stahlschlacke als auch der Hochofenschlacke wirft ein großes Entsorgungsproblem für die Hersteller aufgrund der involvierten Menge an Materialien auf.
Sowohl die Stahlschlacke als auch die Hochofenschlacke ist zusammengesetzt aus Partikeln, die sehr hart sind. Die Hochofenschlacke ist, wenn sie verwendet wird, immer in einer fein gepulverten oder granulierten Form gewesen, was heißt, daß eine große Energiemenge verwendet werden muß. um die Schlacke in die fein pulverisierte Form zu zermahlen und zu pulverisieren, oder um sie zu granulieren. Ein solches Verfahren ist in der US 2,600,515 offenbart, in welcher eine Hochofenschlacke, in einer fein gepulverten Mischung mit Kalkstein, zu Drehzementöfen zugeführt wird und unmittelbar in die Flamme des Ofens eingeführt wird. Das Schlackenpulver wird gleichzeitig und durch die gleichen Kanäle wie der Brennstoff nämlich pulverisierte Kohle, Schweröl oder Gas, eingeblasen. Dieses Verfahren weist mehrere Nachteile auf. Einer der signifikantesten Nachteile ist. daß enorme Energiemengen erforderlich sind, um das Material zu pulverisieren und zu trocken, so daß es in den Ofen eingeblasen werden kann.
Viele der chemischen Verbindungen in Stahlschlacke und Hochofenschlacke sind gemein mit chemischen Zementverbindungen, und ihre Bildungswärme ist bereits erreicht worden in ihren jeweiligen Verfahren. Das Amerikanische Betoninstitut definiert Hochofenschlacke wie folgt: Hochofenschlacke – das nicht metallische Produkt, bestehend im wesentlichen aus Silicaten und Aluminosilicaten von Calcium und anderen Basen, die entwickelt wird in einem geschmolzenen Zustand gleichzeitig mit Eisen in einem Hochofen.

1. Luftgekühlte Hochofenschlacke ist das Material, das aus einer Verfestigung von geschmolzener Hochofenschlacke unter atmosphärischen Bedingungen resultiert: ein anschließendes Kühlen kann beschleunigt werden durch Beaufschlagung von Wasser auf die verfestigte Oberfläche.
2. Expandierte Hochofenschlacke ist das leichtgewichtige. zelluläre Material. das durch kontrolliertes Verarbeiten der geschmolzenen Hochofenschlacke mit Wasser, oder Wasser und anderen Agentien, wie Dampf oder Druckluft. oder beidem, erhalten wird.
3. Granulierte Hochofenschlacke ist das glasartige, granulierte Material, das gebildet wird, wenn geschmolzene Hochofenschlacke schnell abgekühlt wird, wie durch Eintauchen in Wasser.

In dem vorliegenden Fall wird der Begriff "Hochofenschlacke" im folgendem verwendet, um lediglich "luftgekühlte Hochofenschlacke" zu bezeichnen, und nicht expandierte oder granulierte Hochofenschlacke, soweit es nicht anderweitig bezeichnet wird. Diese Produkte. mit dem Zusatz von CaO, können umgewandelt werden zu 3 CaO × SiO₂ (C₃S), 2CaO × SiO₂ (C₂S), 2CaO × Fe₂O₃(C₂F), 4CaO × Al₂O₃ × Fe₂O₃(C₄AF), 3CaO × Al₂O₃(C₃A) in der Brennzone des Drehofens.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß Hochofenschlacke keine schädliche Wirkung auf den Betrieb eines Zementdrehofens aufweist. Eine Emission von flüchtigen Materialien aus dem Drehofen wird verbessert, da die Schlacke zuvor wärmebehandelt worden ist und die meisten flüchtigen Materialien entfernt worden sind, das heißt Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoff, flüchtige organische Stoffe und dergleichen. Jedoch wird, wie es in dem Stand der Technik genannt wird, ein feines Zermahlen oder eine Zerkleinerung oder Pulverisierung der Schlacke erfordert, was einen kostenintensiven Schritt zu dem Zementherstellungsverfahren zufügt. Ebenfalls ist granulierte Schlacke sehr kostenintensiv zu bilden.
Zusammenfassung der Erfindung
Da es seit langem erkannt worden ist, daß viele der Chemikalien und chemischen Verbindungen in Hochofenschlacke gemeinsam sind zu Zementherstellungsmaterialien, und da Hochofenschlacke in großen Mengen verfügbar ist, wäre es vorteilhaft, in der Lage zu sein. die Hochofenschlacke in dem Zementherstellungverfahren zu verwenden, wenn sie in einem viel gröberen Zustand als dem pulverisierten oder granulierten Zustand, der nun erforderlich ist, verwendet werden könnte, und wenn sie zugefügt werden könnte zu den Aufgabematerialien, die zu dem Ofen zugefügt werden, an dem Zuführende des Ofens anstelle des Wärmeendes desselben.
Die vorliegende Erfindung stellt eine solche Verwendung von Hochofenschlacke bereit und stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung verschiedener Hochofenverfahrensschlacken bereit. die zerkleinert und gesiebt worden sind, um einen groben Zustand mit einer vorherrschenden Partikelgröße mit Durchmessern von bis zu 2" (5,08 cm) bereitzustellen, wobei die grobe Hochofenschlacke in das Eingabeende des Ofens mit den Aufgabematerialien eingeführt wird, wodurch alle die Vorteile des Stands der Technik unter Verwendung von Hochofenschlacke erzielt werden. ohne den Nachteil der Erfordernis, eine Granulierung der Schlacke oder ein feines Zermahlen. Pulverisieren oder Zerkleinern der Schlacke und ein Einfhren der feinen Hochofenschlacke in das Wärmeende des Hochofens bereitzustellen.
Wie zuvor dargelegt, hat die Erfahrung der Anmelder gezeigt, daß Hochofenschlacke keine schädliche Wirkung auf den Betrieb eines Zementdrehofens aufweist. Eine Emission von flüchtigen Materialien aus dem Drehofen wird verbessert, da die Hochofenschlacke zuvor wärmebehandelt worden ist und die meisten flüchtigen Materialien entfernt worden sind, das heißt Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoff, flüchtige organische Stoffe und dergleichen. Aufgrund der vorherigen Geschichte der Hochofenschlacke ist die erforderliche Hochofenschlackenchemie bereits erreicht worden während des Eisenherstellungsverfahrens, was somit Energie bei dem Zementherstellungsverfahren einspart. Somit gibt es eine Reihe von Vorteilen der Verwendung dieser Schlacke. Als erstes ist, wie zuvor dargelegt, kein feines Zermahlen, Pulvensieren oder eine Zerkleinerung der Schlacke erforderlich. Große Mengen an grober Schlacke (definiert hierin als Hochofenschlacke mit vorherrschenden Partikelgrößen. die im wesentlichen bis zu 2" im Durchmesser sind) können in die Zementklinkerzusammensetzung mit lediglich kleinen chemischen Veränderungen zu dem regulären Aufgabematerial zu dem Drehofen eingebaut werden. Ein Zerkleinern und Sieben ist lediglich erforderlich für Schlackenpartikel mit einem Durchmesser von über 2" (5,08 cm).
Zweitens ist kein Trocknen der Schlacke erforderlich. Eine inhärente Feuchtigkeit liegt normalerweise bei 1% bis 6%. Bei dem Naßverfahrendrehofensystem werden eine beträchtliche Feuchtigkeitsverminderung und Einsparungen realisiert. In dem Trockenverfahrendrehofensystem ist es nicht erforderlich. daß die Hochofenschlacke getrocknet ist.
Drittens ist kein Verstopfen des Ofens beobachtet worden wegen eines Schlammringes oder eines Klinkeraufbaus. In sowohl dem Naß- als auch dem Trockenverfahrendrehöfen weist die grobe Hochofenschlacke einen Reinigungseffekt für einen Materiaiaufbau auf, wenn sie sich durch den Ofen bewegt.
Viertens kann die grobe Hochofenschlacke verwendet werden als Teil der anfänglichen Aufgabe und wird eingeführt in dem Ofen an dem Zuführende desselben. Die Hochofenschlacke und nasse oder trockene Aufgabe können in das Zuführende des Drehofens als getrennte Materialien injiziert werden und können zusammen an dem Zuführende des Ofens ohne vorheriges Mischen injiziert werden.
Fünftens sind lediglich leichte chemische Veränderungen der Aufgabezusammensetzung für die normale Aufgabe erforderlich, um die Hochofenschlacke aufzunehmen. Dies bedeutet gewöhnlicherweise, daß die Aufgabe reicher im Kalksteingehalt sein muß.
Sechstens transformiert die chemische Verbindungsstruktur der groben Hochofenschlacke in die gewünschte Zementklinkerstruktur während der Wärmebehandlung innerhalb des Drehofens durch Diffusion.
Siebtens werden beträchtliche Energieeinsparungen realisiert, wenn die Hochofenschlacke verwendet wird, aufgrund der niedrigen Temperatur, bei welcher die Hochofenschlacke schmilzt. und da kein Zermahlen oder Pulverisieren der Hochofenschlacke erforderlich ist.
Achtens sind die Zementklinkerherstellungssteigerungen fast proportional zu der Menge an verwendeter Hochofenschlacke.
Neuntes verbessert sich der Umweltzustand des Drehofenverfahrens aufgrund des geringen flüchtigen Gehalts der Hochofenschlacke.
Zehntens verbessert ein Recyclieren der Hochofenschlacke die Umwelt, da es eine wichtige Verwendung für die großen Mengen an Hochofenschlacke. die verfügbar sind, bereitstellt und alle sogenannten Probleme mit einer Entsorgung der Hochofenschlacke vermeidet.
Elftens werden die Kosten der Zementherstellung beträchtlich vermindert aufgrund der Energieeinsparungen und der reichlichen Versorgung von billiger Hochofenschlacke. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Drehofens für die Herstellung von Zementklinker unter Verwendung von grober Hochoferschlacke, einem Nebenprodukt der Eisenherstellungsverfahren, bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die grobe Hochofenschlacke in einen Zementherstellungsdrehofen an dem Zuführende desselben einzuführen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung. grobe Hochofenschlacke mit vorhenschenden Partikelgrößen zu verwenden, die im wesentlichen 2" im Durchmesser oder kleiner sind.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker unter Verwendung eines länglichen Drehzementofens mit einem Zuführende und einem Wärmeende, wobei das Wämeende in Bezug auf das Zuführende nach unten geneigt ist. wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, eines Lenkens von Wärme aus einer Wärmequelle in das Wärmeende des Ofens, eines Einführens eines Stroms an Aufgabematerial, welches Kalkstein enthält, in das Zuführende des Ofens, so daß der Strom an Aufgabematerial sich auf die Wärme an dem Wärmeende des Ofens zubewegt, und eines Zufügens einer vorgegebenen Menge an zerkleinerter und gesiebter Hochofenschlacke in der Form von groben Partikeln mit einer vorhenschenden Größe von bis zu 2" (5,06 cm) zu dem Strom an Aufgabematerial an dem Zuführende des Ofens, so daß, wenn der Strom an Aufgabematerial und Hochofenschlacke sich auf das Wärmeende des Ofens zubewegt, die Hochofenschlacke durch die Wärme geschmolzen wird und in das Aufgabemateriel diffundiert, um Zementklinker zu bilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere detailliertere Ziele der vorliegenden Erfindung werden vollständiger offenbart in der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen, in welcher:
1 eine diagrammatische Basisdarstellung eines Drehofensystems der vorliegenden Erfindung zum Bilden von Zementklinkern ist, in welchem das Aufgabematerial und die Hochofenschlacke zusammen dem Eingabeende der Drehöfen zugeführt wird;
2 eine diagrammatische Darstellung des Aufgabematerials und der Hochofenschlacke ist, die getrennt in das Einlaßende des Drehofens eingeführt werden.
3 eine Fließdiagramdarstellung des Verfahrens ist, bei welchem das Aufgabemateral und die Hochofenschlacke in das Eingabeende des Ofens in einer kombinierten Mischung eingeführt werden; und
4 eine Fließdiagrammdarstellung eines alternativen Verfahrens ist, bei welchem das Aufgabematerial und die Hochofenschlacke getrennt in das Eingabe- oder Zuführende des Drehofens eingeführt werden.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, daß zerkleinerte und gesiebte rohe Hochofenschlacke zugefügt werden kann zu der Ofenzufuhr als eine getrennte Komponente an dem Zuführende des Zementdrehofens in verschiedenen Partikelgrößen, wobei die vorherrschende Partikelgröße bis zu einem maximalen Durchmesser von 2" ist. Der Begriff "rohe" Hochofenschlacke, wie er hierin verwendet wird, bedeutet luftgekühlte Hochofenschlacke, die nicht auf irgendeine Weise verarbeitet worden ist, außer hinsichtlich eines Zerkleinerns und Siebens der Hochofenschlacke, die in einem festen Zustand ist. Zumeist weist die Hochofenschlacke Partikel mit einem Durchmesser von kleiner 2" auf. Jedoch ist etwas von ihr über einem Durchmesser von 2", und somit ist ein Zerkleinerungs- und Siebverfahren erforderlich, um lediglich die gewünschte vorherrschende Patikelgröße zu erreichen, die im wesentlichen einen Durchmesser von 2" oder kleiner ist. Kein feines Zermahlen, Pulverisieren oder ein Zerkleinern der Hochofenschlacke wird durch die vorliegende Erfindung erforderlich. Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Verwendung der Hochofenschlacken in einem viel gröberen Zustand breit als es zuvor in Zementdrehofenverfahren erkannt wurde, welche ermöglicht, daß die Elemente in den chemischen Verbindungen der Hochofenschlacke, das heißt Silicate und Aliuminosilicate von Calcium und dergleichen. ein integraler Bestandteil des Zementklinkers werden. Wie von Fachleuten auf diesem Gebiet verstanden wird, muß die Chemie der Schlacke verstanden und gesteuert werden als Teil der gesamten Inhaltsstoffe des Zements, und somit muß die Menge der Hochofenschlacke, die zu der Aufgabe zugefügt wird, ausgewogen sein mit den Aufgabematerialien und deren chemischen Verbindungen.
In einem Laborbrennofenbrenntest von l00% Hochofenschlacke wurde der Schmelzpunkt der Hochofenschlacke bestimmt und ist der Schlüssel zu ihrer Verwendung in einem Zementofen. Wie in Tabelle I erkannt werden kann, wurde der Schmelzpunkt auf 2552°F / 1400°C für Hochofenschlacke bestimmt, was es ermöglicht, daß die Hochofenschlacke zu dem Zuführende des Ofens in recht großen Partikelgrößen zugefügt werden kann, wobei die vorherrschende Partikelgröße bis zu einem Durchmesser von 2" ist.
Tabelle I
Tabelle I veranschaulicht die Wirkungen von Hochofenschlacke, wenn sie auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt wird. Die Tests. die in Tabelle I dargelegt sind, wurden 15 Minuten bei jeder Temperatur mit einer Schlackengröße von etwa 3/8"-Partikeln (0,9 cm) durchgeführt. Als ein Ergebnis der Tests ist bestimmt worden, daß die Schlacke die Aufschlämmung in der Kettenrichtung des Drehofens nicht verdickt, keine Schlammringe bewirkt oder einen Staubverlust aufgrund der Partikelgröße steigert. Sie wird den Feuchtigkeitsgehalt ferner um 2,2% oder mehr, abhängig von der Menge der Hochofenschlacke, vermindern. Die Hochofenschlacke beginnt irgendwo zwischen der Kalzinierungszone und der Brennzone in dem Ofen zu schmelzen und sich mit anderen Rohmaterialien zu vereinigen. Aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts ist es nicht notwendig. dieses Material zu zermahlen, zu pulverisieren oder zu zerkleinern, wie im Stand der Technik. welcher erfordert, daß 80% des Materials durch ein 200-mesh Sieb für eine chemische Kombination mit anderen Zusatzstoffen gelangt. Die Bildung von, Silikaten und Aluminosilikaten von Calcium und anderen Basen, welche ähnlich sind zu Zementklinkerverbindungen, wenn sie nicht gleich sind, ist bereits erreicht worden in der Hochofenschlacke während des Stahlherstellungsverfahrens. Diese Verbindungen. mit dem Zusatz von CaO, können umgewandlt werden zu 2CaO × SiO₂(C₂S), 3CaO × SiO₂(C₃S), 2CaO × Fe₂O₃(C₂F), 3CaO × Al₂O₃(C₃A) und 4CaO × Al₂O₃ × Fe₂O₃(C₄AF) mit sehr wenig zusätzlicher Wärme. Dies sind die chemischen Hauptverbindungen des Zementklinkers.
Eine Vorrichtung, die zum Durchführen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in 1 veranschaulicht. Die Vorrichtung 10 schließt den Drehofen 12 ein, der auf gut bekannte Art und Weise durch Flansche gehalten wird, die sich mit dem Ofen drehen. Der Ofen weist ein Zuführende 16 und ein Wärmeende oder eine Brennzone 18 auf. Das Wärmeende 18 ist nach unten in Bezug auf das Zuführende 16 geneigt, wie es auf dem Fachgebiet gut bekannt ist. Eine Brennstoffquelle 20 erzeugt eine Flamme 22 in dem Wärmeende 18 des Drehofens 12, um eine Temperatur von etwa 1500°C (2732°F) bereitzustellen. Zementrohmaterialien oder Aufgabe, wie Kalkstein, Ton, Sand und dergleichen, werden bzw, wird durch ein Förderband 24 mit variabler Geschwindigkeit zu dem Drehofen 12 eingetragen. Wenn eine nasse Aufschlämmung verwendet wird, wird das Förderband 24 mit variabler Geschwindigkeit die Aufgabe zu einem Zerkleinerer 26 und von dem Zerkleinerer 26 zu dem Zuführende 16 des Drehofens 12 befördern. Die Aufgabe bewegt sich in einem Strom 28 durch den sich drehenden Ofen 12 auf die Flamme 22 zu. Die gut bekannten chemischen Verfahren finden innerhalb des Ofens 12 statt, und der Zementklinker 30 verläßt das Wärmeende 18 des Ofens 12 für ein weiteres Verarbeiten. Verschmutzungskontrollvorrichtungen 32 und 34, die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind, befinden sich an dem Wärmeende bzw. Zuführende des Ofens 12. An dem Wärmeende 18, nach der Verschmutzungskontrollvorrichtung 32, werden Abgase 38 zur Atmosphäre ausgestoßen und erhaltene Abfallprodukte 40 werden wiedergewonnen.
An dem Zuführende 16 entfernt die Verschmutzungskontrollausrüstung 34 die Abgase 36, welche ausgestoßen werden. und gewinnt die Abfallprodukte bei 42 wieder.
In der vorliegenden Erfindung wird die Hochofenschlacke 44 durch eine Berförderungsvorrichtung 46, wie ein Förderband mit variabler Geschwindigkeit. zu dem Aufgabematerial 48, das durch einen Staubtrichter 56 (2) an dem Zuführende I 6 des Drehofens 12 zugeführt wird, gebracht. Eine Regeleinrichtung 25 kontrolliert die Geschwindigkeit der Förderbänder 24 und 46, so daß der geeignete Anteil von Hochofenschlacke 44 relativ zu der Aufgabe bereitgestellt wird, abhängig von den chemischen Zusammensetzungen derselben. Eine solche Kontrolle ist auf dem Fachgebiet gut bekannt und wird nicht weiter im Detail diskutiert.
2 ist eine diagramatische Darstellung der Vorrichtung zum Bereitstellen einer getrennten Zuführ der Hochofenschlacke und der Aufgabe in das Eingabeende des Drehofens 12. In 2 kann erkannt werden, daß die Hochofenschlacke 50 in einen Trichter 52 fallengelassen wird und nach oben getragen wird durch ein Fördersystem 54, wo sie bei 55 abgegeben wird, um so durch den Staubtrichter 56 zu dem Eingabeende 16 des Drehofens 12 zu gelangen. Die Zuführung des Materials zu dem Eingabeende des Ofens kann auf irgendeine gut bekannte Art und Weise durchgeführt werden. Auf gleiche Art und Weise wird das Aufgabematerial 58 in einen Trichter 60 fallengelassen, wo es nach oben durch Fördermittel 62 gebracht wird und bei 64 in den Trichter 56 zum Zuführen in das Eingabeende 16 des Drehofens 12 faltengelassen wird. Entweder die Vorrichtung aus 1 oder aus 2 erzeugt die gewünschten Ergebnisse.
Tabelle II legt die Ergebnisse der chemischen Analyse einer Probe von Hochofenschlacke dar, die aus einem Hochofenschlackenvorrat zufällig entnommen worden ist. Selbstverständlich kann die chemische Analyse der Hochofenschlacke von den Werten in Tabelle II abhängig von der Schlacke variieren. Tabelle II

Hochofenschlacke

Elemente Hochofenschlacke I

SiO₂ 35,76

Al₂O₃ 9,42

Fe₂O₃ 0,63

CaO 40,01

MgO 8,55

SO₃ 2,70

P₂O₅ 0,00

TiO₂ 0,00

Na₂O 0,32

K₂O 0,57
Es kann erkannt werden, daß die Hochofenschlackenzusammensetzung geeignet ist für die Herstellung von Zement.
Tabelle III veranschaulicht die typischen Mischberechnungen für eine Aufgabe mit 0% Hochofenschlacke, 89,67% Kalkstein, 4,42% Schiefer, 4,92% Sand und 0,99% Schiefer.
Tabelle III
Tabelle IV veranschaulicht eine Testmischberechnung mit 5% Hochofenschlacke, 86.11 % Kalkstein, 4,14% Schiefer. 3,76% Sand und 0,97% gemahlenem Schiefer.
Tabelle IV
Tabelle V veranschaulicht eine Testmischberechnung mit 10% Hochofenschlacke, 82,66% Kalkstein, 2,94% Schiefer, 3,32% Sand und 1,08% gemahlenem Schiefer.
Tabelle V
Tabelle VI veranschaulicht eine Testmischberechnung mir 15% Hochofenschlacke, 74.22% Kalkstein, 1,68% Schiefer, 2,93% Sand und 1,16% gemahlenem Schiefer.
Tabelle VI
Tabelle VII veranschaulicht eine Testmischberechnung mit 30% Hochofenschlacke, 1.81 % gemahlenem Schiefer, 0,33% Sand und 67.86% Kalkstein.
Tabelle VII
Die Tabellen III, IV, V, VI und VII bestätigen klar, daß die Zugabe von (luftgekühlter) Hochofenschlacke geeignet ist als als Rohmaterial für die Herstellung von Zementklinker.
3 veranschaulicht das Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei welchem das Aufgabematerial und Hochofenschlacke wie in l veranschaulicht vor dem Eintritt in den Ofen an dem Zuführende desselben vereinigt werden. Bei Schritt 76 wird das Aufgabematerial bereitgestellt und bei Schritt 78 mit der Hochofenschlacke vereinigt, die zerkleinert und gesiebt worden ist, um Partikel zu erhalten, von denen die vorherrschenden Partikelgrößen einen maximalen Durchmesser von im wesentlichen 2 Inch oder weniger bei Schritt 80 aufweisen. Das vereinigte Material wird dann in das Zuführende des Drehrohrofens bei Schritt 82 eingeführt.
In 4 führt das Verfahren die Hochofenschlacke und die Aufgabe wie in 2 veranschaulicht getrennt in das Zuführende des Drehrohrofens ein. In einem solchen Falle wird bei Schritt 66 das Aufgabematerial bereitgestellt und mittels eines Fördemittels bei Schritt 68 zu dem Eingabe- oder Zuführende des Drehofens befördert. Die Hochofenschlacke wird zerkleinert und gesiebt, um die Partikelgrößen mit einer vorhenschenden Partikelgröße mit einem maximalen Durchmesser von im wesentlichen 2 Inch oder weniger bei Schritt 72 zu erhalten, und das resultierende Endprodukt wird bei Schritt 74 zu dem Eingabe- oder Zuführende des Drehofens befördert. Bei Schritt 70 wird die Aufgabe und die Hochofenschlacke in dem Drehofen erwärmt, bis Zementklinker gebildet ist.
Somit ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden von Zementklinker mir der Zugabe von grober Hochofenschlacke offenbart worden, welche mit dem Aufgabematerial in das Zuführende des Drehofens eingeführt wird. Grobe Hochofenschlacke wird hierin definiert als luftgekühlte Hochofenschlacke, die zerkleinert und gesiebt worden ist zu Partikeln mit einer vorhenschenden Partikelgröße von bis zu einem maximalen Durchmesser von im wesentlichen 2" (5,08 cm) Durchmesser. Viele Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung erhalten. Kein feines Zermahlen, Pulverisieren oder Zerkleinern der Schlacke ist erforderlich. Große Mengen der groben Schlacke bis zu der vorhenschenden 2" (5,08 cm) Partikelgröße können in die Zementklinkerzusammensetzung mir lediglich kleinen chemischen Veränderungen, die in der regulären Materialzufuhr zu dem Drehofen erforderlich sind, eingebaut werden.
Kein Trocknen der Schlacke ist erforderlich. Eine inhärente Feuchtigkeit liegt normalerweise bei eins bis sechs Prozent. Bei dem Naßverfahrendrehofensystem werden eine beträchtliche Feuchtigkeitsreduktion und Einsparungen realisiert. Bei dem Trockenverfahrendrehofensystems kann die Hochofenschlacke getrocknet werden. jedoch ist dies nicht notwendig.
Mit der vorliegenden Erfindung kann grobe Hochofenschlacke bei der Herstellung von Zementklinker mittels eines Drehofens als Teil der anfänglichen Aufgabe eingesetzt werden. Die Hochofenschlacke und nasse (oder trockene) Aufgabe werden in das Zuführende des Drehofens als getrennte Materialien injiziert. Sie können ebenfalls zusammen an dem Zuführeingang des Ofens mit einem vorangehenden Mischen injiziert werden. Kein Verstopfen des Ofens ist beobachtet worden aufgrund eines Schlammrings oder eines Klinkeraufbaus. Sowohl in den Naß- als auch den Trockenverfahrendrehöfen weist die Hochofenschlacke einen Reinungseffekt beim Materialaufbau auf, wenn sie sich durch den Ofen bewegt.
Lediglich leichte chemische Veränderungen sind erforderlich für die normale Aufgabe, um die Hochofenschlacke aufzunehmen. Dies bedeutet gewöhnlicherweise, daß die Aufgabe reicher sein muß im Kalksteingehalt. Die chemische Verbindungsstruktur der groben Hochofenschlacke transformiert zu der gewünschten Zementklinkerstruktur während der Wärmebehandlung innerhalb des Drehofens durch Diffusion. Da ein Zermahlen, Pulverisieren oder ein Zerkleinern der Hochofenschlacke nicht erforderlich ist, werden beträchtliche Energieeinsparungen unter Verwendung dieser Erfindung, um Zementklinker herzustellen, realisiert. Produktionssteigerungen sind beinahe proportional zu der Menge an verwendeter Schlacke. Ferner verbessert sich die Umweltbedingung des Drehofenverfahrens aufgrund des geringen flüchtigen Gehalts der Hochofenschalcke. Ferner verbessert ein Recyclieren der Hochofenschlacke die Umwelt und stellt eine nützlich Ausgabe für Hochofenschlacke bereit. als daß die Hochofenschlacke sonst riesige Bereiche der Landschaft zur Lagerung besetzen würde. Somit verbessert ein Recyclieren der Hochofenschlacke die Umwelt und vermindert die Kosten der Zementherstellung beträchtlich.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Zementklinker unter Verwendung eines länglichen Drehzementofens mit einem Zuführende und einem Wärmeende, wobei das Wärmeende in bezug auf das Zuführende nach unten geneigt ist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: – Lenken vor. Wärme aus einer Wärmequelle in das Wärmeende des Ofens; – Einführen eines Stroms an Aufgabematerial, welches Kalkstein enthält, in das Zuführende des Ofens, so daß der Strom an Aufgabematerial sich auf die Wärme an dem Wärmeende des Ofens zubewegt; – Zerkleinern und Sieben von luftgekühlter Hochofenschlacke, um grobe Partikel mit einer vorherrschenden Größe von bis zu einem maximalen Durchmesser von im wesentlichen 5,08 cm (2 Inch) zu erhalten; und – Zufügen einer Menge der zerkleinerten und gesiebten, luftgekühlten Hochofenschlacke zu dem Strom an Aufgabematerial an dem Zuführende des Ofens, so daß. wenn der Strom an Aufgabematerial und Hochofenschlacke sich auf das Wärmeende zubewegt, die Hochofenschlacke durch die Wärme geschmolzen wird und in das Aufgabematerial diffundiert, um Zementklinker zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochofenschlacke zu d_em Zuführende des Ofens als ein Material getrennt von dem Aufgabematerial zugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochofenschlacke und das Aufgabematerial vor dem Einführen in das Zuführende des Ofens vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter den Schritt einschließt eines Verwendens eines Naßverfahrendrehofens, um den Strom an Aufgabematerial und Hochofenschlacke aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter den Schritt einschließt eines Verwendens eines Trockenverfahrendrehofens, um den Strom an Aufgabemateral und der Hochofenschlacke aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochofenschlacke eine chemische Zusammensetzung aus Silikaten und Aluminosilikaten von Calcium aufweist.