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Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Zement Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von pulverförmigen, körnigen oder
breiartigen Materialien. Insbesondere soll nach der Erfindung die Wärme dem heißen
Material in der Weise entzogen werden, daß dasselbe in einer unter gleichmäßigem
Unterdruck stehenden Kammer in dünner Schicht fortlaufend zwischen Kühlflächen weitergefördert
wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird an dem Beispiel einer Kühlvorrichtung
für frisch gemahlenen Zement genauer erläutert.
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Während der Feinmahlung von Klinkern steigt die Temperatur des Mahlgutes
beträchtlich; sie erreicht je nach den Eigenschaften der Klinker und nach der Mahlfeinheit
des Endproduktes und in Abhängigkeit von dem im offenen oder geschlossenen Kreislauf
durchgeführten Mahlverfahren etwa ioo bis i5o° C. Andererseits soll die Temperatur
des zur Verarbeitung abgelieferten Zements den Vorschriften entsprechend nicht mehr
als 5a° C betragen. Infolgedessen muß der gemahlene Zement beim Einlauf in .den
Vorratsbehälter wenigstens bis auf etwa 6o° C abgekühlt sein. Ferner ist es bei
der in einem fortlaufenden Prozeß erfolgenden Zementfabrikation wesentlich, daß
die Abkühlung auf die ,gewünschte Temperatur mindestens in gleichem Maße wie die
Materialzuführung zu der Kühlvorrichtung vor sich geht, da sonst Stockungen in dem
Arbeitsgang eintreten würden.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die Temperatur des gemahlenen Zements
dadurch herabzusetzen, daß z. B.. die Feinmahlwerke mit Wasser berieselt oder die
Zerrientförderleitungen mit
Wasserkühlung versehen werden; solche
Verfahren sind aber unwirtschaftlich und daher verbesserungsbedürftig. Dagegen haben
sich Kühlvorrichtungen, bei denen die Fortbewegung des Materials zwischen konzentrischen,
wassergekühlten Oberflächen erfolgt, dann als erfolgreich erwiesen, wenn sich das
zu kühlende Material in fließfähigem oder in vollständig trockenem Zustand befindet.
Indessen haben sich solche Vorrichtungen bei der Verarbeitung von feingemahlenem
Zement, der einen gewissen Feuchtigkeitsgehalt besitzt, wegen der bei dem Absinken
der Temperatur auftretenden Kondensation der vorhandenen Feuchtigkeit nicht bewährt.
Die niedergeschlagene Feuchtigkeit sammelt sich nämlich in der Kühlvorrichtüng,
wodurch der Materialfluß schon nach kurzen Arbeitsperioden unstetig wird, weil sich
Klumpen halbplastischen oder abgebundenen Zements bilden, welche .sich auf den Kühlflächen
ablagern und .so den Wärmedurchgang stark verlangsamen. Diese Zementkrusten bieten
auch der Fortbewegung des Materials einen derartigen Widerstand, daß der Arbeitsgang
ganz zum Stillstand kommen kann.
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Der Feuchtigkeitsgehalt des fertigen Zements stammt teilweise von
dem Gips, der zusammen mit den Klinkern gemahlen wird, um das Abbinden des Zements
bei seiner Verwendung abzukürzen. Der Gips wird bis auf einen 'halbhydrati,sierten
Zustand kalziniert, wobei sich eine vom Reinheitsgrad des Gipssteins abhängende
Reaktionstemperatur ergibt. Während des Mahlvorganges wird 11/Q Mol Wasser aus dem
Gips frei, wovon der größte Teil in dem gemahlenen Material erhalten bleibt. Einen
wesentlich höheren Feuchtigkeitsgehalt hat aber der Zement .dann, wenn der heiße
Klinkenausstoß zur Beschleunigung seiner Abkühlung mit Wasser besprengt wird. Der
größere Teil des aufgespritzten Wassers wird zwar in Dampf verwandelt, und entweicht
in die Atmosphäre; ein gewisser Prozentsatz wird aber in den Klinkern zurückgehalten.
Außerdem nehmen die Klinker, wenn sie im Freien gelagert werden, noch weitere Feuchtigkeit
aus der Atmosphäre auf.
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Bei der praktischen Anwendung der Erfindung wird ein fortlaufender
Strom des zu verarbeitenden Materials in einem ,geschlossenen Kreislauf geführt,
innerhalb dessen es eine verhältnismäßig dünne Schicht zwischen wärmeentziehenden
Flächen bildet, wobei die Schicht unter ständiger Bewegung der Materialteilchen
mit den kühlendenOberflächen in Berührung gehalten wird, während die ganze Kühlvorrichtung
unter einem gleichmäßigen Unterdruck steht. Eine Vorrichtung zur wirtschaftlichen
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im allgemeinen aus einer oder
mehreren Kühlerbatterien, wobei jede Batterie eine oder mehrere Kühlkammern enthalten
kann. Jede Kammer umfaßt zwei Kopfstücke, in denen zwei senkrecht übereinanderliegende
Trommeln oder Hohlwellen gelagert sind. Jede Hohlwelle ist von einem konzentrischen,
wassergekühlten Gehäuse umgeben, so daß das Material in dem ringförmigen Zwischenraum
zwischen Gehäuse und Hohlwelle durch auf der Hohlwelle angebrachte Schraubenflügel
vorwärts geschoben wird. Wasser zirkuliert ständig durch die Kühlmäntel und Hoblwellen,
um die Wärme aus dem Material abzuleiten. Das obere Gehäuse steht an einem Ende
mit einer Mehrfachspeisevorrichtung zur Versorgung einer Anzahl von nebeneinanderliegenden
Kühlkammern mit Material in Verbindung. Aus dem oberen Gehäuse gelangt das Material
durch das am anderen Ende liegende Kopfstück in das untere Gehäuse und bewegt sich
dort in der entgegengesetzten Richtung fort. Aus dem unteren Gehäuse gelangt das
Material dann unmittelbar unterhalb des am oberen Gehäuse befindlichen Einlasses
in einen Vorratsbehälter, der den Ausstoß von allen unteren Gehäusen einer Batterie
aufnimmt, wenn mehr als eine Kammer benutzt wird. Von dem Vorratsbehälter kann schließlich
das Material zu einer zweiten Kühlerbatterie oder zu der Lagerstelle weitergeführt
werden. Die Hohlwellen besitzen an jedem Ende in den Kopfstücken gelagerte Zapfen;
auf einer Seite der Kühlvorrichtung trägt jede Hohlwelle einen weiter vorspringenden
massiven Zapfen, der zum Antrieb der Hohlwelle durch einen Einzelmotor dient. Die
untere Welle jeder Kühlkammer wird vorzugsweise mit höherer Geschwindigkeit angetrieben,
um ein Festhängen des Materials im Kopfstück zu verhindern. Die Gehäuse werden durch
zwei an ,den Enden jedes Gehäuses angeschlossene Leitungen mit einer Vakuumpumpe
verbunden. Auf diese Weise wird das infolge des Temperaturabfalls entstehende Kondensat
rasch aus der Kühlkammer abgeführt, wodurch die Bildung von Schichten abgebundenen
Zements wirksam verhindert wird.
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In der Zeichnung ist eine Vorrichtung für die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine Seitenansicht,
teilweise im Längsschnitt, des Antriebsendes einer vollständigen Kühlkammer, Fig.
i a in Fortsetzung von Fig. i das Einlaßende der Kühlkammer, Fig. 2 die Vorderansicht
einer Ausführungsform einer vollständigen Kühlanlage in verkleinertem Maßstab, Fig.
3 einen Teilquerschnitt durch eine Kühlerbatterie, wie in Fig. 2 gezeigt..
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einzelnen Kammern io,
deren Anzahl von der Wirkung und dem Grad der erforderlichen Kühlung abhängt. Da
alle Kammern gleich sind, soll nur eine beschrieben werden; sie besitzt je ein vorderes
und hinteres hohles Kopfstück i i, dessen Innenwand zwei übereinanderliegende öffnungen
hat, welche konzentrisch zu etwas größeren öffnungen in der Außenwand liegen. In
die inneren Wandöffnungen des Kopfstückes i i sind parallel verlaufende Gehäuse
12 und 13 dicht eingepaßt; jedes Gehäuse hat einen wassergekühlten Mantel 14. Die
oberen und unteren Kühlwassermäntel sind an einem Ende durch eine Leitung 15 verbunden,
so daß das aus dem Rohr 16 dem unteren Mantel zugeführte
Kühlwasser
zuerst durch den unteren und dann durch den oberen Mantel zu dem Rohr 17 und durch
Ventil 18 in den Abfluß i9 strömt. Falls es gewünscht wird, den Lauf des Kühlwassers
durch die Mäntel umzukehren, wird nach Schließen des Ventils 18 Wasser durch Leitung
2o dem Rohr 17 zugeführt und durch Leitung 16 wieder abgeführt. Durch jedes der
Gehäuse 12 und 13 führt konzentrisch eine Hohlwelle 21, in deren Enden hohle Zapfen
22 eingesetzt sind, die wiederum schwächere Hohlzapfen 23 und 28 tragen. Mit den
Zapfen 23 sind die Hohlwellen in Öffnungen 25 von Platten 24 gelagert; die Platten
24 schließen Öffnungen in den Kopfstücken i i ab, welche so bemessen sind, daß die
Hohlwellen zwecks Reinigung oder Instandsetzung durch diese Öffnungen ausgebaut
werden können. Um ein Durchtreten von Zement an den Lagerstellen 25 zu verhindern,
sind Schmiernuten 26 vorgesehen, die von einem Schmiernippel 27 aus mit Fett o.
dgl. gefüllt werden. Die Wellenzapfen 28 sind in Lagern 29 geführt, welche mittels
Schraubenbolzen 3o an den Platten 24 befestigt sind. Das Kühlwasser wird aus der
Leitung 32 den Hohlwellen 21 durch die Mitte der Lagerdeckel 31 zugeführt und gelangt
am anderen Ende jeder Hohlwelle durch Bohrun-, gen 33 der Ijohlzapfen 28 schließlich
in den Abflußstutzen 34, wobei die Abflüsse von der oberen und unteren Hohlwelle
zusammengeführt werden. Bei Versuchen mit der Kühlvorrichtung hat sich gezeigt,
daß bei der Rotation der Hohlwelle 2i in den Lagern 29 ein Unterdruck infolge der
Wirkung des Schmierfettes entsteht. Dieser Unterdruck hat am vorderen Ende der Kammer
keine schädliche Wirkung, führt aber am hinteren Ende zum Ansaugen von Wasser aus
dem Abflußstutzen in das Lager. Diesem Übelstand ist jedoch durch ein an jedem hinteren
Lager angebrachtes Schnüffelventil 35 erfolgreich abgeholfen worden.
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Der Hohlzapfen am Hinterende jeder Kammer ist über die Wasserauslaßöffnungen
als massiver Wellenstumpf zwecks Kupplung mit Einzelmotoren verlängert. Die untere
Welle wird mit etwas größerer Geschwindigkeit angetrieben als die obere Welle, damit
das Material ebenso schnell abgeführt wird, wie es von dem oberen Schraubenförderer
zugeführt wird.
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Die obere Hohlwelle 21 besitzt Schraubenflügel 37 von gleichförmiger
Steigung, die von der Außenwand des vorderen Kopfstückes bis in den Hohlraum des
hinteren Kopfstückes reichen, so daß das in das vordere Kopfstück eintretende Material
entlang der Welle in einer zusammenhängenden Schicht zwischen der Welle und dem
Gehäuse vorwärts bewegt und durch das hintere Kopfstück in den unteren -Schraubenförderer
entleert wird. Ein an der Abschlußplatte 24 des vorderen Kopfstückes i i angebrachter
Schutzring 38 lenkt das ankommende Material von dem Wellenende und der Lagerstelle
25 mit Hilfe doppelter Schraubenflügel 39 ab. Ein gleichartiger Schutzring 40, sowie
doppelte Schraubenflügel 41 dienen demselben Zweck an dem Hinterende des oberen
Schraubenförderers. Der untere Schraubenförderer ist ähnlich dem oberen ausgeführt
nur mit dem Unterschied, daß die Schraubenflügel eine entgegengesetzt gerichtete
Steigung haben, damit die Flügel 42 das Material in der entgegengesetzten Richtung
durch das untere Gehäuse vorwärts bewegen. Schutzringe 43 und 44 und doppelte Schraubenflügel
45 und 46 an dem hinteren bzw. vorderen Ende des unteren Schraubenförderers dienen
dazu, ein Durchtreten von Material an den Wellenenden zu verhindern.
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Das zu verarbeitende Material wird dem oberen offenen Ende des vorderen
Kopfstückes durch eine im Gehäuse 48 umlaufende Schnecke 47 in stetigem Fluß zugeführt.
Ein Verbindungsstück49 zwischen dem Gehäuse 48 und dem Kopfstück i i leitet das
Material zu dem oberen Schraubenförderer. Die vorderen und hinteren Kopfstücke i
i sind sich gleich; das Auslaufrohr 50 ist aber beim vorderen Kopfstück durch
eine Bodenplatte 51 abgedeckt. Das Innere jeder Hohlwelle wird unter einem gleichmäßigen
Unterdruck gehalten. Zu dem Zweck ist das Gehäuse 48 durch die bei 53 trichterförmig
erweiterte Leitung 52 mit einer Vakuumpumpe verbunden; ebenso ist das durch Deckel
54 abgeschlossene hintere Kopfstück mittels Leitung 55, 56 mit der Vakuumpumpe verbunden.
Eine dritte Leitung 57 verbindet den Behälter 58, der das von dem Auslaß 5o kommende
Material nach dessen Durchgang durch beide Gehäuse aufnimmt, über die Leitung 52
mit der Vakuumpumpe, so daß im ganzen System im wesentlichen der gleiche Unterdruck
gehalten, und eine entgegengesetzt zu dem Materialfluß gerichtete störende Luftströmung
verhindert wird.
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Beim Betrieb der Kühlvorrichtung werden die den Wasserzufluß regelnden
Ventile so eingestellt, daß das Kühlwasser durch die Wassermäntel 14 und Hohlwelle
21 fließt. Nach dem Anlassen der Motoren 36 wird die Schnecke 47 in Gang gesetzt;
dadurch wird das heiße Material dem oberen Abschnitt des vorderen Kopfstückes zugeführt
und auf der Bodenplatte 51 angehäuft, von wo es zwischen der Hohlwelle und dem Gehäuse
entlang in einer dünnen-ringförmigen Schicht fortbewegt wird.
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Das durch die Schraubenflügel fortbewegte Material gibt einen großen
Teil seiner Wärme an das Kühlwasser innerhalb der Hohlwelle ab, indem die Schraubenflügel
wie Kühlelemente für die Wärmeabführung an das Wasser wil'ken. Durch die rasche
Umdrehung der Welle wird das Wasser in ständiger Bewegung gehalten, was den Wärmeaustausch
zwischen dem heißen Material und dem Kühlwasser fördert. Der sich bei der Materialzufuhr
zu dem vorderen Kopfstück bildende Wasserdampf wird durch Leitung 52 abgesaugt,
ebenso wie der Wasserdampf, der beim Abfließen des teilweise abgekühlten Materials
vom hinteren Kopfstück nach der unteren Schnecke noch entsteht. Das in das untere
Gehäuse eintretende Material wird in derselben Weise wie in dem oberen Gehäuse weiter
abgekühlt, wobei der restliche Wasserdampf durch Leitung 57 abgezogen wird. Zufolge
dem über das
ganze System hin aufrechterhaltenen gleichmäßigen Unterdruck
strömt das . Material gleichförmig weiter und wird in annähernd trockenem Zustand
in den Aufnahmebehälter 58 entleert.
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In den Fig. 2 und 3 ist eine vollständige Kühlanlage in verkleinertem
Maßstab dargestellt, die aus einer oberen und unteren Batterie mit je vier Kammern
besteht. Bei der praktischen Anwendung der Erfindung in einer solchen Kühlanlage
wird das heiße Material mittels Schnecke 59 zu einer jeden Kammer io der oberen
Batterie gefördert. Im Falle, daß die Kammern der oberen Batterie imstande sind,
das gesamteMaterial zu verarbeiten, wird dasselbe nach demDurchgang durch dieKammern
in den Aufnahmebehälter6o entleert, aus dem es entweder durch die Verteilerschnecke
61 auf die untere Batterie von Kühlkammern verteilt oder unmittelbar durch die Auslaufleitung
62 und die Schnecke 63 in den Aufnahmebehälter 64 über einer Fuller-Kinyon-Pumpe
65 weitergeführt wird, welche aus einer Förderschnecke mit abnehmbarer Steigung
besteht und das Material dann in einen Vorratssilo oder zu dem Packhaus befördert.
Im Falle dagegen, daß die zugeführteMaterialmenge zu groß ist, um von,der oberen
Batterie verarbeitet zu werden, geht der Materialüberschuß zu der Auslaßleitung
66, um durch die Schnecke 6i auf die unteren Kammern verteilt zu werden. Das von
der unteren Batterie von Kühlkammern nicht aufgenommene Material wird .durch die
Auslaufleitung 68 der Schnecke 63 zugeführt, die wiederum diesen Überschuß an nicht
völlig abgekühltem Material unter den Auslaßöffnungen der zweiten Batterie von Kammern
entlang fortführt, wo sich dasselbe mit dem durch diese Kammern gehenden Material
mischt. In dieser Weise kann das abzukühlende Material entweder beim Durchgang durch
die beiden Batterien von Kammern zweimal hintereinander gekühlt werden, oder es
kann die der Kühlleitung, einer Batterie entsprechende Materialmenge nur einmal
durch je eine Kammer durchgeführt und dann an die Förderanlage abgeliefert werden.
Um einen gleichmäßigen Unterdruck in der ganzen Anlage zu erzielen, ist das Schüttelsieb
69, durch welches das Material zu der Lieferschnecke 59 hindurchgeht, mittels einer
Leitung 70 mit der Vakuumpumpe verbunden. Daraus ergibt sich ein gleichmäßiger
Unterdruck durch den Schirm und die Lieferschnecke hindurch bis zu den vorderen
Teilen einer jeden Kammer in der oberen Batterie. Zwei sich gabelnde Leitungen 71,.
72, die mit den Auslaßenden des oberen Schraubenförderers in der oberliegenden Batterie
in Verbindung stehen, sind mit der Vakuumpumpe durch die Leitung 73 verbunden, welche
zu der Lieferschnecke 59 führt. Eine mit der Vakuumpumpe durch die Leitung 70 verbundeneLeitung74
ist an denAufnahmebehälter 6o angeschlossen und stellt auch die Verbindung zwischen
Vakuumpumpe, Schnecke 61 und Einlaufendender oberen Gehäuse der unteren Batterie
her. Leitungen 75, 76 und 77 erfüllen für die obere Batterie denselben Zweck, wie
die entsprechenden Leitungen 71, 72 und 73 für .die untere Batterie. Die untere
Schnecke 63 ist ebenfalls durch Leitungen 78, 79 an die Vakuumpumpe angeschlossen.
Die aus der Fuller-Kinyon-Pumpe 65 nach dem Abfüllbehälter 64 entweichende Luft
wird durch Leitungen 79 und 78 abgesaugt, wodurch gleichzeitig eine Wärmeübertragung
von der Luft auf das gekühlte Material verhindert wird.