LU103249B1 - Verfahren zur Regelung wenigstens einer Mühle bei der Zementherstellung mittels der Reaktivität des erzeugten Zements - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, welches eine sehr schnelle Messung der Reaktivität von Zement ermöglicht und damit es erstmals wirklich möglich ist, eine Regelung der Vermahlung der Komponenten zum fertigen Zement in Abhängigkeit einer vorher gewählten Reaktivität durchzuführen.

Description

thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 1/12

Verfahren zur Regelung wenigstens einer Mühle bei der Zementherstellung mittels der Reaktivität des erzeugten Zements

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches eine sehr schnelle Messung der Reaktivität von Zement ermöglicht und damit es erstmals wirklich möglich ist, eine Regelung der

Vermahlung der Komponenten zum fertigen Zement in Abhängigkeit einer vorher gewählten Reaktivität durchzuführen.

Die Reaktivität eines Zements beruht auf den Hydratationsreaktionen des Klinkers mit den mineralogischen Bestandteilen C3S, C3A, C2S, C4AF und anderen dem

Reaktionsverhalten der Kompositmaterialien, der Sulfatträgerzugabe und -abstimmung und dem Aufmahlgrad, also der Feinheit.

Der Gehalt an Tricalciumaluminat, kurz C3A aus dem Klinker reagiert sehr schnell mit

Wasser. Eine zu schnelle Hydration des C3A führt allerdings zu einem zu raschen

Erstarren (Löffelbinder). Um das rasche Erstarren zu verhindern, wird ein Sulfatträger, typischerweise Calciumsulfat zugegeben, um das Ansteif- und Abbindeverhalten

Anforderungen gemäß einzustellen. Die Entwicklung der Druckfestigkeit der Baustoffe

Mörtel und Beton wird durch die Hydratation des C3S und dessen Hydratationsprodukt

Calcium-Silikat-Hydrat bestimmt. C2S und C4AF hydratisieren zeitverzögert und tragen ebenso wie die Kompositmaterialien insbesondere zur Endfestigkeit bei. Zuletzt kann durch den Aufmahlgrad des Zements die Festigkeitsentwicklung eingestellt werden, wobei eine höhere Feinheit die Reaktion beschleunigt.

Mangels anderer Verfahren, wird die Reaktivität eines Zements an Mörteln bestimmt. Die

Mörtel werden üblicherweise von einer Tagesdurchschnittsprobe gemäß der in Normen (zum Beispiel ASTM, EN196) festgelegten Rezepte in einem physikalischen Labor hergestellt, in Formen eingeschlagen, und für festgelegte Zeiträume im Klimaschrank und später im Wasserbecken ausgelagert. Nach ebenfalls in den Normen festgelegten

Zeiträumen, insbesondere 1 Tag, 2 Tage, 3 Tage, 7 Tage, 28 Tage, werden die

Probekörper aus den Formen entnommen und auf Druckfestigkeit untersucht. Aus dem thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 2/12

Verlauf der Festigkeitsentwicklung über der Zeit und den dabei erreichten Messwerten wird im Vergleich zu anderen Proben die Reaktivität einer Probe relativ bewertet. Dieses

Verfahren ist weit verbreitet und die regelmäßige Durchführung ist in der Regel auch vorgeschrieben.

Aufgrund der Dauer der Festigkeitsentwicklung ist die Druckfestigkeitsbestimmung aber zeitaufwendig und kann daher nicht für eine wirkliche Prozesskontrolle verwendet werden. Obwohl die ersten Druckfestigkeitsmesswerte einer Tagesdurchschnittsprobe erst nach frühestens einem Tag verfügbar sind, wird die Produktion kontinuierlich betrieben. Um Qualitätsverluste durch aus dem Prozess entstehende Eventualitäten, zum Beispiel Materialschwankungen, Schäden an Maschinen, zu vermeiden, muss die

Produktion ausreichend Sicherheit aufweisen, um die Anforderungen an das Produkt zu erfüllen. Dieses wiederum führt dazu, dass tendenziell zu viel Klinker zugegeben beziehungsweise zu fein vermahlen wird. Somit wirken sich die Sicherheiten negativ auf die CO--Bilanz des Prozesses aus.

Aus der WO 2020 / 091 821 A1 ist eine Zementherstellung bekannt.

Aus der CN111551698A ist ein Verfahren zur online-Detektion für die

Produktionsqualität von Zement bekannt.

Aus der CN 104965532 A ist ein Kontrollsystem für Zementrohmaterialien bekannt sowie ein Verfahren hierfür.

Aus der nachveröffentlichten DE 102023 107 837 ist eine Zugaberegelung des

Sulfatträgers für Zement bekannt.

Es besteht der Wunsch, möglichst exakt Zemente einer geforderten Reaktivität zu produzieren, da sich sowohl eine unnötig hohe Zugabe an Klinker als auch ein zu feines

Mahlen letztendlich negativ auf die CO,-Bilanz auswirkt.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches Zement mit einer geforderten Reaktivität möglichst ressourcenschonend erzeugt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen

Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zementherstellung optimiert die

Zementherstellung nach den entstehenden Kosten und den CO,-Emmisionen. Hierbei bezieht sich das Herstellungsverfahren auf den letzten Schritt des industriellen

Zementprozesses, das Mischen und Vermahlen der Komponenten zum handelsfertigen

Zement umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Festlegen einer herzustellenden Zementart und Zementqualität, b) Bereitstellen der Edukte, wobei als Edukte wenigstens ein Klinker, ein Sulfatträger und ein Klinkerersatzstoff ausgewählt werden, c) Vorgeben eines Mengenverhältnisses der Edukte und einer Mahlfeinheit des

Zements, d) Zusammenbringen der Edukte entsprechend dem vorgegebenen Mengenverhältnis der Edukte, e) Vermahlen wenigstens eines Edukts in wenigstens einer Mühle auf die vorgegebene Mahlfeinheit, wobei die Schritte d) und e) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können, f) Entnehmen des fertigen Zements, g) Analyse des fertigen Zements, wobei die Analyse die folgenden Teilschritte aufweist: h) Vermischen der Probe mit Wasser und kontinuierliches Erfassen der durch die ablaufende Reaktion erzeugten Wärme, )) Ermitteln der erfassten erzeugten Wärme, insbesondere als kumulativer

Warmefreisetzung zu festgelegten Zeitpunkten oder der maximalen

Warmefreisetzung zu einem Zeitpunkt, in dem Zeitfenster von 45 sec. bis 60 min nach Vermischung der Probe mit dem Wasser,

thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 4/12 j) Vergleich der ermittelten Wärmefreisetzung aus dem hydratisierenden Zementmit einer der vorgegebenen Zementqualität zugeordneten Wärme und unterscheiden von drei Fällen, wobei im ersten Fall die ermittelte Wärme kleiner als die vorgegebene Wärmemenge ist, wobei im zweiten Fall die ermittelte Wärme gleich der vorgegebenen Wärmemenge ist, wobei im dritten Fall die ermittelte Wärme größer als die vorgegebene Wärmemenge ist.

In Schritt a) wird eine Zementart ausgewählt. Dieses entspricht meistens beispielsweise den in der EN 197-1 genannten Zusammensetzungen, beispielsweise Portlandzement.

Diese Zusammensetzung ist innerhalb eines Bandes für die einzelnen Komponenten definiert. Des Weiteren wird eine Zementqualität ausgewählt, also beispielsweise

Druckfestigkeiten, aber auch beispielsweise Abbindeverhalten. Es handelt sich also um die Spezifikation des zu verkaufenden Produkts.

Die Edukte oder Komponenten des Zements, werden in Schritt b) bereitgestellt.

Typischerweise können das neben Klinker und Sulfatträger, beispielsweise Gips,

Anhydrit oder Halbhydrat oder Mischungen derselben, und Kompositmaterialien zum

Beispiel künstliche Puzzolane, aktivierte Tone, Hüttensand oder andere Schlacken,

Kalkstein oder Altzementstein und dergleichen sein.

In Schritt c) werden die Mengenverhältnisse der Edukte vorgegeben. Diese liegen innerhalb der in den Normen vorgegebenen Spezifikation für die in Schritt a) ausgewählten Zementart. Ebenso wird eine Mahlfeinheit als Ziel für die Produktion vorgegeben. Diese Vorgaben können (und werden erfindungsgemäß) zeitabhängig innerhalb der durch Schritt a) gesetzten Grenzen angepasst.

Die Schritte d), e) und f) entsprechend der üblichen Herstellung von Zement und können in allen bekannten Variationen durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Vermahlen in einem Schritt oder in zwei Teilschritten, beispielsweise einer ersten Grob- und einer anschließenden Feinvermahlung erfolgen. Beispielsweise können die Edukte zusammen in eine Mühle eingebracht werden und gemeinsam vermahlen und dabei innig vermischt werden. Alternativ können die Edukte auch erst einzeln (oder in Gruppen) vermahlen thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 5/12 werden, was zum einen unterschiedliche Feinheiten für verschiedene Edukte erlaubt.

Ebenso können verschiedene Edukte auch mit unterschiedlichen Mühlentypen vermahlen werden. Hierdurch können insbesondere unterschiedliche physikalische

Eigenschaften, zum Beispiel Härte, der Edukte berücksichtigt werden. Werden die

Edukte oder ein oder einige der Edukte erst vermahlen, so kann anschließend das

Zusammenbringen in Schritt d) beispielsweise in einem Mischer erfolgen.

In den Schritten g) und h) erfolgt dann die Ermittlung der Reaktivität anhand einer Probe.

Wasser umfasst hierbei alle wässrigen Lösungen, also beispielsweise auch wässrige

Laugen.

Wesentlich ist, dass in Schritt i) wie beispielsweise aus der DE 10 2023 107 837 nur der erste Peak betrachtet wird, also nur die Wärmeabgabe durch die erste Hydratisierung.

Üblicherweise wird dieser Peak ignoriert und erst die Wärmeabgabe in dem Zeitraum länger als 30 bis 60 Minuten bis zu mehreren Tagen betrachtet. Es hat sich aber überraschend gezeigt, dass gerade auch der erste Peak sich proportional zur

Gesamtreaktivität verhält und daher als schneller Messwert für die Intensität der

Hydratationsreaktion als Grundlage der Festigkeitsbildung herangezogen werden kann.

Die schnelle Verfügbarkeit einer Reaktivitätsbestimmung des gerade erzeugten Zements kann tatsächlich als Regelgröße im Mahlprozess verwendet werden um den Prozess zur

Produktion eines Bindemittels mit spezifischer Reaktivität zu optimieren. Daher werden in Schritt j) drei Fälle unterschieden. Plakativ gesprochen wird unterschieden, ob der

Zement entweder den Vorgaben entspricht, höherwertiger oder geringerwertig ist.

Während bisher im Durchschnitt immer eine höherwertige Qualität angestrebt werden

Musste, um über den langen Zeitraum ohne einen aktuellen Messwert auch bei

Produktionsschwankungen, immer mindestens ausreichende Qualität herzustellen, eröffnet sich nun mit der Reaktivitätsbestimmung innerhalb der ersten 60 Minuten die

Möglichkeit, die Prozessführung auch auf beispielswiese und insbesondere den CO--

Abdruck zu optimieren. Daher weist das Verfahren weiter die folgenden Schritte auf: kK) ein Energiepreis, ein CO,-Preis und Preise für die Edukte werden ermittelt oder vorgegeben,

thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 6/12 ) aus der vorgegebenen Mahlfeinheit und der daraus resultierenden aktuellen

Energieaufnahme der Mühle werden mit dem aktuellen Energiepreis die aktuelle

Mahlkosten ermittelt, aus dem CO--Preis und der CO,-Belastung, insbesondere des

Klinkers, ermittelt und aus den Preisen fur die Edukte (insbesondere Einkaufspreise oder spezifische Produktionskosten) und dem Mengenverhaltnis der Edukte wird ein gewichteter Preis des Mahlprodukts (spezifische variable Kosten) ermittelt, wobei die Summe aus Mahlkosten plus CO,-Kosten plus Materialkosten die aktuellen Gesamtkosten sind, m) wobei eine Reglung zur Minimierung der Gesamtkosten nach Schritt I) erfolgt parallel zu einer Optimierung der in Schritt j) ermittelten Wärme zur Erzielung des zweiten Falls in Schritt j), wobei beim ersten Fall in Schritt j) das Mengenverhältnis der Edukte in Schritt c) durch Erhöhung des Klinkeranteils verändert wird und/oder durch Erhöhung in Schritt c) vorgegebene Mahlfeinheit angepasst wird, wobei beim dritten Fall in Schritt j) das Mengenverhältnis der Edukte in Schritt c) durch

Erniedrigung des Klinkeranteils verändert wird und/oder durch Erniedrigung in

Schritt c) vorgegebene Mahlfeinheit angepasst wird.

In Schritt k) kann insbesondere der Energiepreis und/oder der CO»-Preis aktuell ermittelt werden, da diese an den Handelsmärkten deutliche Schwankungen aufweisen können.

Ziel ist es, sowohl den Aufwand für beispielsweise Klinker als auch beispielsweise den

Strom für den Mahlbetrieb einzukalkulieren. Die einfachste Wiese ist daher über die

Gesamtkosten des Mahlprodukts zu gehen und dabei die CO,-Kosten direkt zu berücksichtigen. Ist dabei die Gesamtoptimierung, beispielsweise bei hoher

Verfügbarkeit (und damit günstigem Preis) von regenerativ erzeugtem Strom kann es sinnvoll sein, eine feinere Mahlung durchzuführen, also mehr Energie zu verbrauchen, dafür aber den Anteil an Klinker zu reduzieren und beispielsweise durch

Kompositmaterial beispielsweise Kalkstein, Flugasche, Hüttensand oder einen kalzinierten Ton zu ersetzen. Dieses wird erst dadurch möglich, dass mit der in Schritt i) spezifizierten Analyse überhaupt erst eine zeitnahe Verfügbarkeit der notwendigen

Informationen für eine solche Regelung gegeben ist.

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Daher gibt es in Schritt m) unterschiedliche Fälle zu betrachten. Besonders relevant ist eben der dritte Fall, wobei beim dritten Fall in Schritt j) das Mengenverhältnis der Edukte in Schritt c) durch Verringerung des Klinkeranteils verändert wird und/oder durch

Verringerung in Schritt c) vorgegebene Mahlfeinheit angepasst wird. Wird also aktuell eine höhere Reaktivität produziert als vom Kunden gefordert, so wird eben der

Klinkeranteil (direkte CO»-Einsparung) oder die Mahlenergie (indirekte CO--Einsparung) reduziert und so umweltgerechter das geforderte Produkt geliefert. Natürlich kann es in einem solchen Fall durchaus auch, beispielsweise durch Qualitätsschwankungen in den

Edukten zum ersten Fall kommen, dass die Reaktivität nicht ausreichend hoch ist. In diesem Fall muss der Klinkeranteil erhöht und/oder die Mahlenergie erhöht werden, um eine höhere Feinheit zu erreichen. In der Summe aber können die Sicherheiten bei der

Produktion aufgrund der schnellen Verfügbarkeit aussagekräftiger Messergebnisse reduziert werden und so zugleich kostengünstiger und nachhaltiger produziert werden.

Im zweiten Fall kann man im einfachsten Fall Mengenverhältnisse und Mahlfeinheit in

Schritt c) konstant belassen. Alternativ kann aber auch beispielsweise sein, wenn die

CO--Preise stärker steigen als die Energiepreise, wird der Klinkeranteil reduziert und die

Mahlfeinheit und damit der Energieverbrauch für die Mahlung in Schritt e) erhöht. Da die

Energiepreise zum einen den CO»-Preis widerspiegeln und zum anderen durch den Anteil verfügbarer regenerativer Energie beeinflusst werden, ergibt sich so über die

Kostenbetrachtung eine in einfacher Weise durchführbare Optimierung.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die vorgegebene Mahlfeinheit in

Schritt e) durch die Drehgeschwindigkeit eines in das Mahlaggregat integrierte oder dem

Mahlaggregat nachgeschalteten Sichters eingestellt. Dadurch ist es vergleichsweise einfach, die Feinheit einzustellen, indem der Anteil zum Mahlaggregat zurückgeführten

Partikel entsprechend eingestellt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt in Schritt m) die Variation des

Mengenverhältnisses der Edukte nur innerhalb der vorgegebenen Grenzen fur die in

Schritt a) festgelegte Zementqualität. Es wird somit sichergestellt, dass die normativ thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 8/12 festgelegte Zementart weiter hergestellt wird und somit auch als diese Zementart verkaufsfähig ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Vermahlen in Schritt e) das

Vermahlen mit zwei hintereinander angeordneten Mahlvorrichtungen. Beispielsweise werden eine Mahlvorrichtung zur groben Vermahlung und eine nachgelagerte

Mahlvorrichtung zur Feinvermahlung verwendet.

Es ist bekannt, dass bei Verfügbarkeit unterschiedlicher Mahlaggregate zum Beispiel einer Kugelmühle, einer Vertikalrollenmühle oder einer Hockwalzenpresse auch bei gleicher Feinheit und Zusammensetzung aufgrund unterschiedlicher Kornverteilungen in den jeweiligen Mahlprodukten keine gleichwertigen Qualitäten erzeugt werden. Mit dem neuen Verfahren ist es jetzt möglich mit der Reaktivitätsmessung eine rasch verfügbare

Messgröße zum Abgleich der Produktqualität, zum Beispiel des Mahlprodukts einer

Kugelmühle und einer Vertikalrollenmühle oder in einer Kugelmühle und einer

Hochdruckwalzenpresse zu nutzen, mit dem Ziel den Märkten ein immer gleichwertiges

Produkt aber auf mehreren Mahlaggregaten erzeugtes Produkt bereitzustellen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren computerimplementiert durchgeführt. Beispielsweise und insbesondere kann das

Verfahren mit Hilfe eines Kl-Systems durchgeführt werden. Der Vorteil ist die Möglichkeit,

Muster zu erkennen. Dieses wird erst dadurch möglich, dass durch die sehr kurzen

Analysenzeiten im Bereich von einer Stunde überhaupt Messwerte zur Verfügung stehen, die eine solche Auswertbarkeit ermöglichen.

Im nachfolgenden ist das Analyseverfahren der Schritte h) und i) weiter ausgeführt.

Das Analyseverfahren weist die folgenden Schritte auf:

D) Vermischen der Probe mit Wasser zu einer Paste und Erfassen der durch die ablaufende Reaktion erzeugten Wärme,

E) Analyse der erfassten erzeugten Wärme in dem Zeitfenster von 45 s bis 60 min nach Vermischung der Probe mit dem Wasser. und unterscheiden zwischen Fall thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 9/12 und Fall Il und Fall Ill. wobei im Fall | die beobachtete kumulative Wärme nach einem Zeitraum oder maximale Wärme zu einem Zeitpunkt unterhalb der Zielgröße liegt. Im Fall Il liegen die entsprechenden Messwerte innerhalb des gewünschten

Intervalls und in Fall Ill oberhalb des gewünschten Intervalls. In den Fällen | und Ill werden dann durch Regelung entweder des Klinkeranteils und/oder der Feinheit

StellgröRen so verändert, dass die beobachten Reaktivitätskennwerte in den

Folgeanalysen wieder dem Fall Il entsprechen.

In Schritt D) oder vor Schritt D) kann durch eine zusätzliche Zugabe von Sand und anderen Zuschlägen auch die Herstellung eines Mörtels oder Betons erfolgen. Hierdurch kann der Ablauf der Hydratationsreaktion vergleichbar den Untersuchungen in einem

Mörtellabor oder Betonlabor, nachgestellt werden.

In Schritt D) erfolgt dann die Zugabe von Wasser und das Vermischen. Dieses erfolgt bevorzugt schnell, um einen möglichst frühen Messbeginn zu ermöglichen. Das Erfassen der durch die ablaufende Reaktion erzeugten Wärme kann in verschiedener Weise erfolgen. Beispielsweise kann dies isotherm in einem Warmeflusskalorimeter erfolgen, oder beispielsweise mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (differential scanning calorimetry, DSC) oder semiadiabatisch durch Temperaturmessung oder adiabatisch beispielsweise mittels Differenz-Thermoanalyse (DTA) erfolgen. Bevorzugt erfolgt die

Messung in einem isothermen Warmeflusskalorimeter, in welches die (zumeist pastenartige) Mischung aus Wasser und der Probe eingebracht und unter thermischer

Isolierung der Warmefluss erfasst wird. Hierbei ist die genaue Erfassungsmethode weniger wesentlich, da im Schritt E) eben absolute Werte, konkrete Energien oder dergleichen ausgewertet und verglichen werden.

In Schritt E) erfolgt dann die Analyse der in Schritt D) erfassten durch die ablaufende

Reaktion erzeugten Wärme über der Zeit. Die Messwerte können dabei kumulativ nach dem Ende eines Zeitraums ausgelesen werden oder auch Intensitäten zu einem bestimmten Zeitpunkt, zum Beispiel der maximalen Warmefreisetzung. Im Fall | werden alle kalorimetrischen Messwerte unterhalb derer des Falls Il liegen und durch eine

Erhöhung zum Beispiel der Sichterumdrehungszahl kann die Zielreaktivität wieder thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 10/12 erreicht werden. Die rasche Abfolge der Messdaten — zum Beispiel stündlich — erlaubt eine schnelle Findung der idealen Sichtereinstellung. Liegen die Messwerte oberhalb des

Falls Il erfolgt die Regelung durch eine geringere Sichterumdrehung bis die Messwerte wieder dem Fall | entsprechen. Ein besonderer Vorzug des neuen Verfahrens liegt darin, dass die Reaktivität nicht allein durch den Sichter oder andere Parameter an der Mühle korrigiert werden kann, sondern auch zum Beispiel analog zu den oben geschilderten

Fällen auch durch eine Änderung des Klinkergehalts oder den Austausch eines anderen

Rohstoffs. Durch die rasche Verfügbarkeit der Reaktivitätswerte ergeben sich also anders als heute unterschiedliche Wege, die Qualität des Mahlprodukts auf eine Zielreaktivität bei minimalen Sicherheiten und Kosten zu regeln.

Weiter kann durch die isotherme Warmeflusskalorimetrie frühzeitig eine für die gegebene

Aufmahlung des C3A unzureichende Sulfatzugabe erkannt werden. Im Falle der unzureichenden Sulfatträgerzugabe wird zunächst die Reaktion des C3A erkenntlich verzögert. Sobald jedoch die zu geringe verbrauchte Sulfatmenge verbraucht ist, steigt die freigesetzte Wärme durch eine unkontrollierte C3A Reaktion nach 10 bis 30 Minuten erneut an. Wird kalorimetrisch diese ungewünschte zweite C3A Reaktion beobachtet, kann dieser Effekt durch höhere Sulfatzugabe auf die Mühle korrigiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform des Analyseverfahrens wird die Analyse in Schritt E) auf das Zeitfenster 5 min bis 40 min beschränkt.

In einer weiteren Ausführungsform des Analyseverfahrens wird die Analyse in Schritt E) auf das Zeitfenster 10 min bis 40 min beschränkt.

In einer weiteren Ausführungsform des Analyseverfahrens wird die Analyse in Schritt E) auf das Zeitfenster 20 min bis 40 min beschränkt.

In einer weiteren Ausführungsform des Analyseverfahrens wird die Analyse in Schritt E) auf die Ermittlung der Steigung ausschließlich zu zwei Zeitpunkten, beispielsweise 20 min und 40 min, beschränkt. Bereits aus dem Verhältnis der beiden Steigungen kann in extrem einfacher Weise eine Abschätzung erfolgen.

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In einer weiteren Ausführungsform des Analyseverfahrens erfolgt das Erfassen der erzeugten Wärme in Schritt D) in Form der Temperatur der Probe. Da die Auswertung vergleichsweise robust ist, muss die Messung weder isotherm noch adiabatisch erfolgen, wie dieses beispielsweise bei der DTA beziehungsweise DSC der Fall ist. Es reicht daher aus, in einem thermisch einigermaßen isolierten Messbereich, in dem sich die Probe befindet, die Temperatur der Probe zu messen. Ohne eine exotherme oder endotherme

Reaktion kommt es durch die nicht vollständig perfekte Isolation zu einer exponentiellen

Temperaturanpassung an das Umgebungsniveau, von dem sich exotherme Reaktionen dann als Temperaturerhöhungen abheben, was die beiden hier betrachteten Reaktionen (Initialpeak, Hydratation des CaO und Hydratation des C3A) sind. Hierdurch ist ein vergleichsweise einfacher Messaufbau möglich, was wiederum eine große Probenanzahl kostengünstig ermöglicht und dadurch die Anwendbarkeit für die Regelung des

Herstellungsverfahrens vereinfacht.

In einer weiteren Ausführungsform des Analyseverfahrens wird vor Schritt D) die Probe gemahlen. Es hat sich herausgestellt, dass der beobachtete Effekt umso stärker ausfällt, je feiner das Material ist, da damit auch die Oberfläche vergrößert wird. Daher wird die

Probe beispielsweise mit einer Scheibenschwingmühle für 2 bis 5 min vermahlen.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 Ablaufdiagramm

In Fig. 1 ist das Verfahren anhand eines Ablaufdiagramms grob dargestellt. In Schritt a wird eine Zementart, beispielsweise Portlandzement, und eine Zementqualität festgelegt.

Dieses ergibt sich üblicherweise aus den Kundenanforderungen. Aus dieser Festlegung folgen dann beispielsweise aus der EN 197-1 Bänder, in denen die Zusammensetzung gewählt werden kann. Innerhalb dieser Festlegung werden in c dann die exakten

Mengenverhältnisse der Komponenten sowie die Mahlfeinheit festgelegt. Die Edukte werden in b bereitgestellt und in d entsprechend des Mengenverhältnisses thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 12/12 zusammengebracht und in e auf die vorgegebene Mahlfeinheit gemahlen und in f entnommen. Die Schritte b, d, e und f laufen in der Produktion kontinuierlich ab. Aus dem

Produktstrom werden in regelmäßigen Abständen Proben entnommen und in g analysiert. Dazu wird die Probe in h mit Wasser vermischt und die durch die Reaktion freiwerdende Wärme erfasst und zwar für einen Zeitraum von maximal 60 min. In j wird die so erfasste Wärme mit einer aus der Festlegung in a vorgegebenen Zementqualität definierten Wärme verglichen. Dabei werden drei Fälle unterschieden. Im ersten Fall ist die erfasste Wärme zu gering, die Reaktivität und damit die Qualität nicht ausreichend.

Im zweiten Fall entspricht diese Vorgabe. Im dritten Fall wird mehr Wärme freigesetzt, die Reaktivität und damit die Qualität ist höher als die Vorgabe. Um nun zu entscheiden, wie insbesondere im ersten und im dritten Fall verfahren werden soll, wird zusätzlich in k dafür der CO,-Preis und der Eduktpreis sowie der Energiepreis vorgegeben. Somit kann man nun die Gesamtkosten in | ermitteln. Und dieses führt über m zu einer Anpassung der c) Vorgabe des Mengenverhältnisses der Edukte und der Mahlfeinheit des Zements.

Dieses sei am Beispiel des dritten Falls erläutert. Die Qualität des erzeugten Zements liegt somit über dem geforderten Standard. Nun stehen zwei Wege offen, den Anteil an

Klinker zu reduzieren und beispielsweise durch Kalk zu ersetzen und so CO, direkt einzusparen oder den Energieeintrag beim Mahlen zu reduzieren und so einen indirekten

CO--Effekt über die Energieeinsparung zu erzielen. Während die CO,-Preise eher konstant sind, können insbesondere die Energiepreise durch die Verfügbarkeit von regenerativ erzeugter Energie stark schwanken und daher kann beispielsweise bei

Knappheit an entsprechendem Strom (durch einen hohen Preis repräsentiert) die

Energieeinsparung beim Mahlvorgang sinnvoller sein.

Claims (5)

thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249 22.02.2024 1/2 Patentansprüche

1. Verfahren zur Zementherstellung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Festlegen einer herzustellenden Zementart und Zementqualität, b) Bereitstellen der Edukte, wobei als Edukte wenigstens Klinker, ein Sulfatträger und ein Klinkerersatzstoff ausgewählt werden, c) Vorgeben eines Mengenverhältnisses der Edukte und einer Mahlfeinheit des Zements, d) Zusammenbringen der Edukte entsprechend dem vorgegebenen Mengenverhältnis der Edukte, e) Vermahlen wenigstens eines Edukts in wenigstens einer Mühle auf die vorgegebene Mahlfeinheit, wobei die Schritte d) und e) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können, f) Entnehmen des fertigen Zements, g) Analyse des fertigen Zements, wobei die Analyse die folgenden Teilschritte aufweist: h) Vermischen der Probe mit Wasser und kontinuierliches Erfassen der durch die ablaufende Reaktion erzeugten Wärme, i) Ermitteln der erfassten erzeugten Wärme in dem Zeitfenster von 45 s+ bis 60 min nach Vermischung der Probe mit dem Wasser, j) Vergleich der ermittelten Wärmefreisetzung aus dem hydratisierenden Zement mit einer der vorgegebenen Zementqualität zugeordneten Wärme und unterscheiden von drei Fällen, wobei im ersten Fall die ermittelte Wärme kleiner als die vorgegebene Wärmemenge ist, wobei im zweiten Fall die ermittelte Wärme gleich der vorgegebenen Wärmemenge ist, wobei im dritten Fall die ermittelte Wärme größer als die vorgegebene Wärmemenge ist, dadurch gekennzeichnet, dass k) ein Energiepreis, ein CO,-Preis und Preise für die Edukte ermittelt oder vorgegeben werden,

thyssenkrupp Polysius GmbH thyssenkrupp AG 230591P00LU LU103249

22.02.2024 2/2 I) aus der vorgegebenen Mahlfeinheit und dem Energiepreis Mahlkosten ermittelt werden, aus dem CO,-Preis und der CO,-Belastung, insbesondere des Klinkers, CO2-Kosten ermittelt werden und dass aus den Preisen für die Edukte und dem Mengenverhaltnis der Edukte Materialkosten ermittelt wird, wobei die Summe aus Mahlkosten plus CO,-Kosten plus Materialkosten die Gesamtkosten sind, m) wobei eine Regelung zur Minimierung der Gesamtkosten nach Schritt I) erfolgt parallel zu einer Optimierung der in Schritt j) ermittelten Wärme zur Erzielung des zweiten Falls in Schritt j), wobei beim ersten Fall in Schritt j) das Mengenverhältnis der Edukte in Schritt c) durch Erhöhung des Klinkeranteils verändert wird und/oder durch Erhöhung in Schritt c) vorgegebene Mahlfeinheit angepasst wird, wobei beim dritten Fall in Schritt j) das Mengenverhältnis der Edukte in Schritt c) durch Verringerung des Klinkeranteils verändert wird und/oder durch Verringerung in Schritt c) vorgegebene Mahlfeinheit angepasst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Mahlfeinheit in Schritt e) durch die Drehgeschwindigkeit eines in das Mahlaggregat integrierte oder dem Mahlaggregat nachgeschalteten Sichters eingestellt wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt m) die Variation des Mengenverhältnisses der Edukte nur innerhalb der vorgegebenen Grenzen für die in Schritt a) festgelegte Zementqualität erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermahlen in Schritt e) das Vermahlen mit zwei hintereinander angeordneten Mahlvorrichtungen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren computerimplementiert durchgeführt wird.