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1. Gebiet der
Erfindung
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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.
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2. Stand der
Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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Sechstens transformiert die chemische
Verbindungsstruktur der groben Hochofenschlacke in die gewünschte Zementklinkerstruktur
während
der Wärmebehandlung
innerhalb des Drehofens durch Diffusion.
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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.
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Achtens sind die Zementklinkerherstellungssteigerungen
fast proportional zu der Menge an verwendeter Hochofenschlacke.
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Neuntes verbessert sich der Umweltzustand
des Drehofenverfahrens aufgrund des geringen flüchtigen Gehalts der Hochofenschlacke.
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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.
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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.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die grobe Hochofenschlacke in einen Zementherstellungsdrehofen
an dem Zuführende
desselben einzuführen.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Diese und andere detailliertere Ziele
der vorliegenden Erfindung werden vollständiger offenbart in der folgenden
detaillierten Beschreibung der Zeichnungen, in welcher:
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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;
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2 eine
diagrammatische Darstellung des Aufgabematerials und der Hochofenschlacke
ist, die getrennt in das Einlaßende
des Drehofens eingeführt
werden.
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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
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4 eine
Fließdiagrammdarstellung
eines alternativen Verfahrens ist, bei welchem das Aufgabematerial
und die Hochofenschlacke getrennt in das Eingabe- oder Zuführende des
Drehofens eingeführt
werden.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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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.
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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.
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Tabelle I
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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.
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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.
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An dem Zuführende 16 entfernt
die Verschmutzungskontrollausrüstung 34 die
Abgase 36, welche ausgestoßen werden. und gewinnt die
Abfallprodukte bei 42 wieder.
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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.
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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.
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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 |
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Es kann erkannt werden, daß die Hochofenschlackenzusammensetzung
geeignet ist für
die Herstellung von Zement.
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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.
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Tabelle IV veranschaulicht eine Testmischberechnung
mit 5% Hochofenschlacke, 86.11 % Kalkstein, 4,14% Schiefer. 3,76%
Sand und 0,97% gemahlenem Schiefer.
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Tabelle V veranschaulicht eine Testmischberechnung
mit 10% Hochofenschlacke, 82,66% Kalkstein, 2,94% Schiefer, 3,32%
Sand und 1,08% gemahlenem Schiefer.
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Tabelle VI veranschaulicht eine Testmischberechnung
mir 15% Hochofenschlacke, 74.22% Kalkstein, 1,68% Schiefer, 2,93%
Sand und 1,16% gemahlenem Schiefer.
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Tabelle VII veranschaulicht eine
Testmischberechnung mit 30% Hochofenschlacke, 1.81 % gemahlenem
Schiefer, 0,33% Sand und 67.86% Kalkstein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.