WO2015184482A1 - Verfahren zur expansion von sandkornförmigem rohmaterial - Google Patents

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WO2015184482A1
WO2015184482A1 PCT/AT2015/050143 AT2015050143W WO2015184482A1 WO 2015184482 A1 WO2015184482 A1 WO 2015184482A1 AT 2015050143 W AT2015050143 W AT 2015050143W WO 2015184482 A1 WO2015184482 A1 WO 2015184482A1
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shaft
flow
granules
conveying
section
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PCT/AT2015/050143
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Inventor
Harald TSCHERNKO
Alfred PUSCH
Bernhard NEUKAM
Ernst Erwin BRUNNMAIR
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Binder + Co Ag
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Publication date
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Priority to PL15738815T priority patent/PL3152178T3/pl
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • C04B20/06—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials
    • C04B20/068—Selection of ingredients added before or during the thermal treatment, e.g. expansion promoting agents or particle-coating materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G53/00—Conveying materials in bulk through troughs, pipes or tubes by floating the materials or by flow of gas, liquid or foam
    • B65G53/34—Details
    • B65G53/58—Devices for accelerating or decelerating flow of the materials; Use of pressure generators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • C04B20/06—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials
    • C04B20/066—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials in shaft or vertical furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/21—Arrangements of devices for discharging

Definitions

  • the invention relates to a process for the expansion of sand grain raw material, in which the raw material by a means provided for heating, substantially vertical heated shaft in which a shaft flow prevails, falls down, as well as to a metering element, which with a essentially vertical shaft and a conveyor line is connectable.
  • this document proposes to provide a plurality of heating elements arranged along the drop section of the sand grain-shaped raw material and to control heating elements independently of one another and to carry out a temperature detection along the drop section, wherein the
  • Heating elements below the area in which the expansion takes place be controlled in dependence of the detected temperature.
  • the removal of the expanded granules from the lower end of the drop section is via a pneumatic conveyor line
  • Boundary layer flow has a positive effect on the quality of the expansion process, because through this boundary layer flow is a
  • Boundary layer flow a central downwardly directed core flow.
  • This core flow prevents part of the boundary layer flow described above and therefore results in caking.
  • the influence of the core flow can be reduced. Due to the direct connection of the shaft to a pneumatic conveying line, however, pressure fluctuations, caused in approximately by the cleaning cycles of a filter in the delivery line, generated, which are passed directly to the air in the shaft. This results in areas of the shaft cross flows, which prevent the positive effect of the boundary layer flow and thus lead to caking, which significantly degrade the quality of the expansion process and which only by consuming
  • a disadvantage of the prior art is thus the uneven swelling process and the formation of caking on the shaft walls, which due to transverse flows caused by e.g.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a blown
  • the procedure should be one
  • the Dosing is intended by a simple and reliable
  • Dosing is attached, in which the amount of granules which passes from the shaft into the feed line is controlled by control means, so that a defined material accumulation of the granules is formed in the dosing as a buffer which decouples the shaft flow from the flow flow.
  • the invention is based on that by a collection of material that can be formed by simple means, such as by damming the falling granules, in the area above the
  • Material accumulation pressure conditions can be set, which are no longer influenced by the pressure fluctuations in the delivery line during normal operation. It goes without saying that the formation of a material accumulation complete gas-tight sealing of the shaft with respect to the conveying line can be achieved, however, the sealing effect is sufficient to prevent transmission of pressure fluctuations of the flow of the flow on the shaft flow.
  • the amount of material accumulation can be selectively influenced and adjusted to the optimum value for the current process, wherein
  • the sand grain raw material not only mineral sands in which water is bound as a blowing agent such as perlite or obsidian sand can be used.
  • it may be mineral dust mixed with hydrous mineral binder, in which case the hydrous mineral binder acts as a propellant.
  • the swelling process can take place as follows:
  • the mineral dust which consists of relatively small grains of sand For example, 20 pm diameter, forms with the binder larger grains, for example, 500 pm.
  • the surfaces of the grains of sand of the mineral dust become plastic and form closed surfaces of the larger grains or melt into them.
  • Binder is used as blowing agent.
  • mineral dust can be mixed with a blowing agent, wherein the blowing agent is mixed with mineral binder, which preferably contains water.
  • CaCO 3 can be used as propellant.
  • the swelling process can proceed analogously to the one described above: the mineral dust, which has a relatively small grain size (for example, 20 ⁇ m in diameter), forms the propellant and the
  • the mineral binder preferably contains water and acts as an additional blowing agent.
  • controllable heating elements Provide heating zones with (independently of each other) controllable heating elements and an intelligent control and regulation unit. This preferably controls the heating elements as a function of measured temperatures along the furnace shaft.
  • the method according to the invention can be designed, for example, as in WO 2013/053635 A1. Their disclosure is therefore fully incorporated into this description.
  • a preferred embodiment is characterized in that the material accumulation, which serves as a buffer, is designed such that at least a first cross section of the metering element is completely filled with blown granules from the shaft over a defined height.
  • This type of buffer is characterized by the fact that it is particularly easy to manufacture. In the process, the expanded granules falling out of the shaft are dammed until a certain height has been reached, and the resulting accumulation of material serves as a buffer.
  • the amount of material accumulation can be designed, for example, as in WO 2013/053635 A1. Their disclosure is therefore fully incorporated into this description.
  • the material accumulation which serves as a buffer, is designed such that at least a first cross section of the metering element is completely filled with blown granules from the shaft over a defined height.
  • This type of buffer is characterized by the fact that it is
  • the location of the measuring device is mounted in the dosing and detects the presence of a collection of material.
  • Suction unit mounted in particular on the end facing away from the dosing results in a flow over the entire length of the delivery line, whereby other elements, such as filter systems, may be mounted in the delivery line.
  • other elements such as filter systems
  • a separator preferably a gas cyclone, provided by which the expanded granules of the
  • a container such as a silo, for further transport or for further processing of the granules, can be filled in a simple manner.
  • Expansionsvorganges is determined in order to regulate the means for heating or reduce the abandonment of raw material. Such a procedure makes it possible to draw conclusions about the conditions in the shaft through continuous control of the expanded granules. Differs the bulk density significantly from the
  • this may on the one hand be due to a different composition of the sand grain raw material, which by changing the temperature in the means for
  • Heating can be compensated, or to caking on the insides of the shaft. If the latter case occurs, the
  • Task of raw material is reduced, preferably completely stopped, in order to carry out maintenance work.
  • the means for regulating via a local influencing of the conveying flow in the dosing element increases or reduces the delivery rate of the expanded granules in the delivery line.
  • the height of the material accumulation in the metering element is detected and this Information transmitted to the means of regulation.
  • the height of the material accumulation can be varied by influencing the flow rate or an uneven task of raw material can be compensated, so that the height of the material accumulation remains approximately constant.
  • the metering element according to the invention is characterized in that it has a material container, which can be connected to the shaft via a shaft connection and has a longitudinal axis, a conveying section, which via a delivery connection with the
  • Conveyance line is connectable, and includes means for regulating, which are designed so that in the region of the material container, a collection of material is produced when granules in the
  • About the conveyor section passes the granules to the delivery port on which the
  • Dosing can be connected to the feed line to the removal of the arrived through the metering element expanded To ensure granules.
  • the means for regulating the flow rate, which passes through the metering element influenced in such a way that forms a material accumulation in the material container by more granules from the shaft in the
  • Material container falls as over the delivery port from the
  • the delivery rate through the metering element will approximately correspond to the amount of granulate falling from the shaft into the material container.
  • a system according to the invention can be designed such that the essentially vertical, heated shaft is connected via the shaft connection to the material container of the metering element, in which there are means for regulating the delivery rate, and the delivery section of the metering element is connected to the pneumatic delivery line via the delivery connection is.
  • the invention also relates to a system for carrying out a method according to the invention with a metering element which is connected to a substantially vertical heatable shaft and a pneumatic conveying line, wherein according to the invention it is provided that the metering element a material container, which is connected via a shaft connection to the shaft and a longitudinal axis, a conveying portion, which is connected via a delivery port to the delivery line, and means for regulating, which are formed so that in
  • the material container For example, can be welded together from sheet metal plates and only needs to be dimensioned so that its dimensions are greater than the diameter of the conveyor section.
  • Dosing element according to the invention or a system according to the invention is the conveyor section on the conveyor connection
  • the conveying section has at least one opening on the side opposite the shaft connection in order to ensure the passage of expanded granules into the conveying section.
  • Material container passes only on the suction effect of the conveying flow in the conveying section and that the granules, before it reaches the at least one opening, the longest possible way
  • Dosing element according to the invention or a system according to the invention provides that in the area of the material container
  • Measuring device is attached, with which the height of
  • Material accumulation can be detected and which is coupled to the means for controlling the flow rate. This allows the
  • the means for controlling the flow rate as an inner tube, which is arranged within the conveying section, with a is located therein control flap is executed. Due to this simple design of the means for controlling a regulation of the flow rate on the adjustment of the flap is possible.
  • the inner tube is preferably the same length as the conveyor section and in
  • Ambient air can be sucked in.
  • control flap is formed so that it is on the one hand closable and thus reduces the flow-through cross-section of the inner tube when exceeding a
  • Material accumulation is detected by the measuring device in order to reduce the flow rate and thus increase the amount of material accumulation.
  • the fact that the control flap has the same diameter as the inner tube, can flow through a
  • control flap is normal to the longitudinal axis of the inner tube, so there is no flow-through cross-section and there is a strong suction in the region between the inner tube and the inner surface of the conveyor section, creating more geblähtes
  • Granules are sucked from the material container. Is that the
  • FIG. 1 is a schematic illustration of an inventive
  • Fig. 2 is a detailed view of an inventive
  • Fig. 3 is a sectional view of an inventive
  • FIG. 1 shows a plant for expansion of sand grain-shaped
  • Raw material 1 falls through a vertical shaft 3, which with means 2 for heating, in the present embodiment, several electrical
  • Resistance heaters 2 used is heated.
  • the task of the raw material takes place in the head region 16 of the shaft 3.
  • a specific temperature profile can be set along the shaft 3. Due to the heat radiation, which acts on the raw material 1 from the shaft 3, the raw material 1 expands into blown granules 5.
  • a shaft flow 4 sets in, which results from a boundary layer flow close to the wall in the direction of the head region 16 and a central core flow in the direction of
  • Shaft connection 20 consists.
  • Extraction device 17 is provided, which process air 18 from the
  • Head portion 16 are blown, either by this further suction device 17 or by another, not here
  • a metering element 6 which determines the amount of granules 5, which from the shaft 3 in the pneumatic conveying line 7 is promoted _regelt.
  • the metering element 6 has a shaft connection 20 at the connection point with the shaft 3 and a delivery port 23 at the connection point with the delivery line 7. Also, in the part of the metering element 6 which adjoins the shaft 3, there is a delivery port
  • the flow rate is regulated.
  • At one end of the pneumatic conveying line 7 is a
  • Suction device 12 attached, which is preferably designed as a fan, the ambient air from the other end, which is designed to be open to the environment, the delivery line 7 sucks through this and so conveys blown granules 5.
  • a gas cyclone 13 is arranged, via which the granules 5 is separated from the feed line.
  • Delivery line 7 is a filter unit 28, which is preferably arranged between the gas cyclone 13 and suction device 12 which separates small particles from the feed line 7.
  • the flow rate of the suction device 12 is controlled by measuring the differential pressure so that the flow velocity in the delivery line 7 also at
  • FIG. 1 shows that, in this embodiment variant, a weighing device 14, which, based on the flow of the
  • Granules 5, after the gas cyclone 13 is arranged, is provided, with which the weight and thus the bulk density of the deposited expanded granules 5 can be determined.
  • this measurement it is possible to draw conclusions about the quality of the swelling process, and accordingly either the task of raw material 1 is reduced, preferably completely stopped, or the power of the resistance heaters 2 is increased in a specific region of the shaft 3.
  • Alternative embodiments of the invention provide no weighing device 14, so that the expanded granules directly from the gas cyclone 13 in a container, preferably a silo, is introduced.
  • Dosing element 6 In Figure 3, one of the main functions of the metering element 6 is shown: the formation of a Material accumulation 10. Blown granulate 5 falls out of the shaft 3 via the shaft connection 20 (FIG. 1) into a first part of the metering element, the material container 19, which has a longitudinal axis 21. Characterized in that the amount of granules 5 from the shaft 3 in a first process step is higher than the amount of
  • the material container 19 is designed so that it has at least the same cross section as the shaft 3 in the region of the shaft connection 20, preferably the entire upper region of the material container 19 has the same
  • FIG. 2 shows that through the lower region of the
  • Material container 19 which preferably has a larger cross-section than the shaft 3, a conveyor section 22, which preferably has a circular cross section, is guided, wherein the largest diameter of the conveyor section 22 is formed smaller than the smallest dimension of the interior of the material container 19.
  • the distance between the outside of the conveying section 22 and the inner sides of the material container 19 is a multiple of the largest expected diameter of a granule of the expanded granulate 5 known from process-related empirical values.
  • the multiplication factor is in a range between 10 times and 100 times, preferably between 20x and 40x.
  • Typical granule diameters of the expanded granules 5 are in the range of 0.5 to 5 mm.
  • the material container 19 thus encloses at least a part of the conveyor section 22, preferably the entire conveyor section 22.
  • the conveyor section 22 thus preferably touches the bottom surface of the material container 19 and rests on this.
  • the conveyor section is guided transversely to the longitudinal axis 21 of the material container through this, wherein in this variant of the inventions the
  • Longitudinal axis 21 intersect with the axis of the conveyor section 22 in one point and the angle between the axes is 90 °.
  • At least one opening 24 (FIG. 3) is mounted in the conveying section 22.
  • this at least one opening 24 is located on the side of the conveyor section 22 opposite the shaft connection 20 (on both sides of the conveyor section 22, in this case symmetrical with respect to FIG.
  • the at least one opening 24 is preferably designed as a plurality of slots.
  • the at least one opening 24 has the shape of a rectangle, square or circle.
  • the at least one opening 24 must be dimensioned so that the granules with the largest diameter, which is known from process-related empirical values, can still pass through the at least one opening 24, without any blockage being created.
  • the diameter of the opening 24 is 2 mm ⁇ 5 ⁇ 10 mm.
  • a means 9 for controlling the flow rate which is designed in this variant as an inner tube 25 with a control flap 26.
  • the largest diameter of the inner tube 25 which like the
  • Conveyor section 22 is preferably circular, smaller than the smallest diameter of the conveyor section 22 and these two elements are arranged concentrically.
  • the inner tube 25 is also, as the conveyor section 22 and thus the delivery line 7, connected at the side opposite the delivery port 23 with the atmosphere, whereby ambient air can be sucked through all the aforementioned elements.
  • the control flap 26 is disposed within the inner tube 25 and preferably formed as a circular plate with a diameter which allows the closing of the inner tube 25. This control flap 26 is rotatably supported so that it is pivotable about an axis normal to the axis of the inner tube 25.
  • Pivoting may be in a range between a first position in which the control flap 26 is parallel to the longitudinal axis of the
  • Conveying section 22 is and a second position in which the control flap 26 is normal to the longitudinal axis of the conveyor section 22, take place.
  • Material container 19 monitors, too low a height of
  • the control flap 26 is opened, so pivoted in the direction of the first position of the control flap 26.
  • the flow-through cross-section 27 when the second position is reached, the same size as the diameter of the inner tube 25 and in the entire cross section of the conveyor section 22 prevails the same flow rate of the delivery flow 8.
  • Delivery section 22 is larger, creating a stronger suction is generated and a larger amount of granules 5 from the material container 19 in the conveyor section 22 goes over and the height of the
  • the minimum height of the material accumulation 10 is determined by the at least one opening 24, which must be covered at said minimum height.
  • the actual height of the material accumulation 10, which occurs in the operation, is determined by the distance of the
  • Measuring device 15 determined by the conveyor section 22, which
  • the measuring device 15 (or its detector) should therefore only slightly higher
  • Heating means electric resistance heaters

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Expansion von sandkornförmigen Rohmaterial (1), bei dem das Rohmaterial durch einen, mit Mittel (2) zur Beheizung versehenen, im Wesentlichen vertikalen erhitzten Schacht (3), in welchem eine Schachtströmung (4) vorherrscht, nach unten fällt, sowie auf ein Dosierelement (6) welches mit einem im Wesentlichen vertikalen Schacht (3) und einer Förderleitung (7) verbindbar ist. Um die aus der Förderleitung (7) stammenden Druckschwankungen im Bereich des Schachtes (3) zu verhindern ist zwischen dem Schacht und der Förderleitung ein Dosierelement (6) angebracht, in welchem die Menge des Granulats, welche vom Schacht (3) in die Förderleitung übergeht, über Mittel zur Regelung geregelt wird, so dass eine definierte Materialansammlung des Granulats im Dosierelement als Puffer ausgebildet wird, welche die Schachtströmung (4) von der Förderströmung entkoppelt.

Description

VERFAHREN ZUR EXPANSION VON SANDKORNFÖRMIGEM ROHMATERIAL
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Expansion von sandkornförmigem Rohmaterial, bei dem das Rohmaterial durch einen, mit Mittel zur Beheizung versehenen, im Wesentlichen vertikalen erhitzten Schacht, in welchem eine Schachtströmung vorherrscht, nach unten fällt, sowie auf ein Dosierelement, welches mit einem im Wesentlichen vertikalen Schacht und einer Förderleitung verbindbar ist.
STAND DER TECHNIK
Ein Verfahren zur Herstellung eines geblähten Granulats aus
sandkornförmigem Rohmaterial ist in der WO 2013/053635 AI offenbart, deren Aufgabe darin besteht, eine geschlossene Oberfläche des geblähten Granulats kontrollierbar einzustellen, so dass das geblähte Granulat keine bzw. kaum Hygroskopie aufweist. Außerdem soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Oberflächenstruktur des geblähten Granulats und damit die Rauigkeit gezielt zu beeinflussen. Dazu schlägt diese Druckschrift vor, mehrere entlang der Fallstrecke des sandkornförmigen Rohmaterials angeordnete und unabhängig voneinander steuerbare Heizelemente vorzusehen und entlang der Fallstrecke eine Temperaturdetektion durchzuführen, wobei die
Heizelemente unterhalb des Bereiches, in dem der Blähvorgang stattfindet, in Abhängigkeit der detektierten Temperatur gesteuert werden. Der Abtransport des geblähten Granulats aus dem unteren Ende der Fallstrecke wird über eine pneumatische Förderleitung
gewährleistet, in die die Fallstrecke mündet. Durch die vertikale Ausrichtung des Schachtes und auf Grund der zusätzlichen Einbringung bzw. Absaugung von den Blähvorgang
begleitenden Prozessgasen treten innerhalb des Schachtes Strömungen auf, die auf das sandkornförmige Rohmaterial einwirken. Insbesondere die Ausbildung einer wandnahen aufwärts gerichteten
Grenzschichtströmung hat einen positiven Effekt auf die Qualität des Blähvorganges, denn durch diese Grenzschichtströmung wird ein
Anbacken des sandkornförmigen Rohmaterials an der Wand des Schachtes verhindert. Wird der Expansionsschacht nach oben hin geschlossen, stellt sich zusätzlich zur nach oben gerichteten
Grenzschichtströmung eine mittige nach unten gerichtete Kernströmung ein. Diese Kernströmung verhindert einen Teil der oben beschriebenen Grenzschichtströmung und hat deshalb Anbackungen zur Folge. Durch die bislang bekannte Absaugung / Einblasung von Prozessgas aus dem / in den Kopfbereich des Schachtes kann der Einfluss der Kernströmung verringert werden. Auf Grund der direkten Anbindung des Schachtes an eine pneumatische Förderleitung werden jedoch Druckschwankungen, in etwa hervorgerufen durch die Reinigungszyklen eines Filters in der Förderleitung, erzeugt, welche direkt an die Luft im Schacht weiter gegeben werden. Dadurch entstehen in Bereichen des Schachtes Querströmungen, welche den positiven Effekt der Grenz Schichtströmung verhindern und damit zu Anbackungen führen, welche die Qualität des Blähprozesses wesentlich verschlechtern und welche nur durch aufwändige
Instanthaltungsmaßnahmen bei Stillstand des Prozesses beseitigt werden können.
Als Nachteil des Standes der Technik ist somit der ungleichmäßige Blähvorgang und die Bildung von Anbackungen an den Schachtwänden zu sehen, welche auf Grund von QuerStrömungen, bedingt durch z.B.
Druckschwankungen in der nachfolgenden pneumatischen Förderleitung, auftreten. Auch die bekannte Absaugung / Einblasung von Prozessgasen aus dem / in den Kopfbereich des Schachtes kann diesen Effekt nicht verhindern .
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines geblähten
Granulats aus sandkornförmigem Rohmaterial und ein Dosierelement zur Verbindung des Schachts mit der Förderleitung bereitzustellen, die die beschriebenen Nachteile nicht aufweisen und dafür sorgen, dass sich Druckschwankungen aus der Förderleitung nicht auf die Qualität des geblähten Granulats auswirken. Das Verfahren soll einen
störungsfreien und instandhaltungsarmen Betrieb gewährleisten. Das Dosierelement soll sich durch eine einfache und zuverlässige
Konstruktion auszeichnen. Des Weiteren soll die Erfindung auf bestehenden Anlagen ohne viel Aufwand nachrüstbar sein. Dieses Ziel wird mit dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch erreicht, dass zwischen dem Schacht und der Förderleitung ein
Dosierelement angebracht ist, in welchem die Menge des Granulats welche vom Schacht in die Förderleitung übergeht über Mittel zur Regelung geregelt wird, so dass eine definierte Materialansammlung des Granulats im Dosierelement als Puffer ausgebildet wird, welche die Schachtströmung von der Förder Strömung entkoppelt.
Die Erfindung basiert darauf, dass durch eine Materialansammlung, die mit einfachen Mitteln gebildet werden kann, etwa durch Aufstauen des hinunterfallenden Granulats, im Bereich oberhalb der
Materialansammlung Druckverhältnisse eingestellt werden können, die im normalen Betrieb nicht mehr von den Druckschwankungen in der Förderleitung beeinflusst werden. Es versteht sich von selbst, dass durch die Ausbildung einer Materialansammlung keine vollständige gasdichte Abdichtung des Schachts gegenüber der Förderleitung erzielt werden kann, jedoch ist der Abdichtungseffekt hinreichend, um eine Übertragung von Druckschwankungen der Förder Strömung auf die Schachtströmung zu verhindern.
Durch das Anbringen von Mitteln zur Regelung kann die Höhe der Materialansammlung gezielt beeinflusst werden und auf den optimalen Wert für den aktuellen Prozess eingestellt werden, wobei
Untergrenzen nicht unterschritten und Obergrenzen nicht
überschritten werden dürfen.
Bezüglich des sandkornförmigen Rohmaterials können nicht nur mineralische Sande verwendet werden, in denen Wasser als Treibmittel gebunden ist, wie beispielsweise Perlit oder Obsidiansand . Ebenso kann es sich um mineralischen Staub handeln, der mit wasserhaltigem mineralischem Bindemittel gemischt ist, wobei in diesem Fall das wasserhaltige mineralische Bindemittel als Treibmittel wirkt. Der Blähvorgang kann in diesem Fall folgendermaßen vor sich gehen: Der mineralische Staub, der aus relativ kleinen Sandkörnern von beispielsweise 20 pm Durchmesser besteht, bildet mit dem Bindemittel größere Körner von beispielsweise 500 pm. Bei einer kritischen Temperatur werden die Oberflächen der Sandkörner des mineralischen Staubs plastisch und bilden geschlossene Oberflächen der größeren Körner bzw. verschmelzen zu solchen. Da die geschlossene Oberfläche eines einzelnen größeren Korns in der Regel insgesamt kleiner ist als die Summe aller Oberflächen der einzelnen Sandkörner des mineralischen Staubs, welche an der Bildung dieses größeren Korns beteiligt sind, wird auf diese Weise Oberflächenenergie gewonnen bzw. nimmt das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ab. In diesem Moment liegen also größere Körner mit jeweils einer geschlossenen Oberfläche vor, wobei die Körner eine Matrix aus mineralischem Sandstaub sowie wasserhaltiges mineralisches Bindemittel aufweisen. Da die Oberflächen dieser größeren Körner nach wie vor plastisch sind, kann in der Folge der sich ausbildende Wasserdampf die größeren Körner blähen. D.h. das wasserhaltige mineralische
Bindemittel wird als Treibmittel verwendet. Alternativ kann auch mineralischer Staub mit einem Treibmittel gemischt werden, wobei das Treibmittel mit mineralischem Bindemittel, welches vorzugsweise Wasser enthält, vermengt ist. Als Treibmittel kann beispielsweise CaC03 Verwendung finden. Der Blähvorgang kann in diesem Fall analog zum oben geschilderten vor sich gehen: Der mineralische Staub, welcher eine relativ kleine Sandkorngröße (beispielsweise 20 pm Durchmesser) aufweist, bildet mit dem Treibmittel und dem
mineralischen Bindemittel größere Körner (beispielsweise 500 pm Durchmesser) . Bei Erreichen einer kritischen Temperatur werden die Oberflächen der Sandkörner des mineralischen Staubs plastisch und bilden eine geschlossene Oberfläche der größeren Körner bzw.
verschmelzen zu einer solchen. Die geschlossenen Oberflächen der größeren Körner sind nach wie vor plastisch und können nun vom Treibmittel gebläht werden. Falls das mineralische Bindemittel wasserhaltig ist, kann dieses als zusätzliches Treibmittel
fungieren. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass es sich bei dem mineralischem Material mit Treibmittel um mineralisches Material handelt, in dem Wasser gebunden ist und als Treibmittel wirkt, oder um mineralischen Staub gemischt mit wasserhaltigem mineralischen Bindemittel, welches als Treibmittel wirkt, oder um mineralischen Staub gemischt mit einem Treibmittel, welches mit mineralischem Bindemittel vermengt ist, wobei das mineralische Bindemittel vorzugsweise Wasser beinhaltet und als zusätzliches Treibmittel wirkt. Um das dargestellte Verfahren möglichst effizient durchführen zu können, ist es bevorzugt neben einem Schachtofen mehrere
Heizzonen mit (unabhängig voneinander) regelbaren Heizelementen sowie eine intelligente Regel- und Steuereinheit vorzusehen. Dies steuert die Heizelemente bevorzugt in Abhängigkeit von gemessenen Temperaturen entlang des Ofenschachtes.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise wie in der WO 2013/053635 AI ausgebildet sein. Deren Offenbarung wird daher zur Gänze in diese Beschreibung aufgenommen. Eine bevorzugte Ausführungsvariante zeichnet sich dadurch aus, dass die Materialansammlung, welche als Puffer dient, derart ausgeführt ist, dass zumindest ein erster Querschnitt des Dosierelementes über eine definierte Höhe vollständig mit geblähtem Granulat aus dem Schacht ausgefüllt wird. Diese Art des Puffers zeichnet sich dadurch aus, dass er besonders einfach herzustellen ist. Dabei wird das aus dem Schacht fallende geblähte Granulat aufgestaut, bis eine gewisse Höhe erreicht wurde und die dadurch entstehende Materialansammlung dient als Puffer. Die Höhe der Materialansammlung kann
beispielsweise durch den Ort einer Messeinrichtung definiert werden, die im Dosierelement angebracht ist und das Vorhandensein einer Materialansammlung detektiert. Der Ort der Messeinrichtung
entspricht im Betriebszustand der Dosiereinrichtung einer bestimmten Höhe innerhalb der Dosiereinrichtung und damit auch einer bestimmten Höhe einer dann vorhandenen Materialansammlung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird die
FörderStrömung durch eine Absaugeinrichtung erzeugt. Wird die
Absauganlage insbesondere an dem dem Dosierelement abgewandten Ende angebracht, ergibt sich eine Förderströmung über die gesamte Länge der Förderleitung, wobei auch andere Elemente, wie beispielsweise Filteranlagen, in der Förderleitung angebracht sein können. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist in der
Förderleitung eine Trennvorrichtung, vorzugsweise ein Gaszyklon, vorgesehen, durch welche das geblähte Granulat von der
FörderStrömung abgeschieden wird. Da es sich bei dem geblähten Granulat um das Endprodukt des Verfahrens handelt, ist die
gebündelte Ausbringung aus der Förderströmung, insbesondere durch einen Gaszyklon, vorteilhaft, da auf diese Weise ein Behälter, wie beispielsweise einem Silo, zum weiteren Transport oder zur weiteren Verarbeitung des Granulats, in einfacher Weise befüllt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Schüttdichte des Granulats als Qualitätsmerkmal des
Expansionsvorganges bestimmt wird, um die Mittel zur Beheizung nach zu regeln oder die Aufgabe von Rohmaterial zu reduzieren. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht es durch kontinuierliche Kontrolle des geblähten Granulats Rückschlüsse auf die Bedingungen im Schacht ziehen zu können. Weicht die Schüttdichte erheblich von den
eingestellten Standardparametern ab, so kann dies einerseits an einer anderen Zusammensetzung des sandkornförmigen Rohmaterials liegen, was durch Änderung der Temperatur in den Mitteln zur
Beheizung ausgeglichen werden kann, oder an Anbackungen an den Innenseiten des Schachtes. Tritt letzterer Fall ein, kann die
Aufgabe von Rohmaterial reduziert, vorzugsweise ganz gestoppt, werden, um Wartungsarbeiten durchführen zu können.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante erhöht oder verringert das Mittel zur Regelung über eine lokale Beeinflussung der FörderStrömung im Dosierelement die Fördermenge des geblähten Granulates in der Förderleitung. Eine derartige
Regelung der Fördermenge kann ohne bewegliche Teile auskommen, die in Berührung mit dem geblähten Granulat kommen und ist dadurch widerstandsfähig gegen Verstopfungen. Eine Verringerung der
Fördermenge führt zu einer Vergrößerung der Materialansammlung, während bei einer Erhöhung der Fördermenge der gegenteilige Fall eintritt .
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante wird die Höhe der Materialansammlung im Dosierelement detektiert und diese Information an das Mittel zur Regelung übermittelt. Dadurch kann die Höhe der Materialansammlung über die Beeinflussung der Fördermenge variiert werden bzw. eine ungleichmäßige Aufgabe von Rohmaterial ausgeglichen werden, so dass die Höhe der Materialansammlung annähernd konstant bleibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird
Prozessluft aus dem Kopfbereich des Schachtes abgesaugt, um den zum Kopfbereich gerichteten Teil der Schachtströmung zu erhöhen und damit zu stabilisieren. Durch eine solche Ausführung wird der positive Effekt der nicht auftretenden Druckschwankungen mit einer Reduzierung der nach unten gerichteten Kernströmung kombiniert, wodurch die Strömungsverhältnisse im Schacht unabhängig von äußeren Einflüssen weitgehend konstant gehalten werden können.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass Prozessluft in den Kopfbereich des Schachtes eingeblasen oder eingesaugt wird, um den zum Kopfbereich gerichteten Teil der
Schachtströmung zu stabilisieren. Dies stellt eine weitere
Möglichkeit dar die Strömungsverhältnisse im Schacht annähernd konstant zu halten und wirkt sich durch die gleichzeitige
Reduzierung der aus der Förderleitung stammenden Druckschwankungen positiv auf die Qualität des geblähten Granulates aus.
Das erfindungsgemäße Dosierelement ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Materialbehälter, welcher über einen Schachtanschluss mit dem Schacht verbindbar ist und eine Längsachse aufweist, einen Förderabschnitt, welcher über einen Förderanschluss mit der
Förderleitung verbindbar ist, und Mittel zur Regelung umfasst, die so ausgebildet sind, dass im Bereich des Materialbehälters eine Materialansammlung hergestellt wird, wenn Granulat in den
Materialbehälter gelangt. Durch den Schachtanschluss kann das
Dosierelement mit dem Schacht verbunden werden, so dass geblähtes Granulat in den Materialbehälter gelangt. Über den Förderabschnitt gelangt das Granulat zum Förderanschluss über welchen das
Dosierelement mit der Förderleitung verbunden werden kann, um den Abtransport des durch das Dosierelement gelangten geblähten Granulats sicher zu stellen. Durch die Mittel zur Regelung wird die Fördermenge, die durch das Dosierelement gelangt, in solcher Weise beeinflusst, dass sich im Materialbehälter eine Materialansammlung ausbildet, indem mehr Granulat aus dem Schacht in den
Materialbehälter fällt, als über den Förderanschluss aus dem
Dosierelement abgeführt wird. Hat die Materialansammlung eine gewisse definierte Höhe erreicht, so wird die Fördermenge durch das Dosierelement annähernd der Menge des Granulats entsprechen, die aus dem Schacht in den Materialbehälter fällt.
Eine erfindungsgemäßen Anlage kann so ausgebildet sein, dass der im Wesentlichen vertikale erhitzbare Schacht über den Schachtanschluss mit dem Materialbehälter des Dosierelementes, in welchem sich Mittel zur Regelung der Fördermenge befinden, verbunden ist und dass der Förderabschnitt des Dosierelementes über den Förderanschluss mit der pneumatischen Förderleitung verbunden ist.
Die eingangs gestellte Aufgabe lässt sich also sowohl mit einem erfindungsgemäßen Dosierelement alleine als auch mit einer das Dosierelement enthaltenden erfindungsgemäßen Anlage lösen. Daher betrifft die Erfindung auch eine Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Dosierelement welches mit einem im Wesentlichen vertikalen erhitzbaren Schacht und einer pneumatischen Förderleitung verbunden ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Dosierelement einen Materialbehälter, welcher über einen Schachtanschluss mit dem Schacht verbunden ist und eine Längsachse aufweist, einen Förderabschnitt, welcher über einen Förderanschluss mit der Förderleitung verbunden ist, und Mittel zur Regelung umfasst, die so ausgebildet sind, dass im
Bereich des Materialbehälters eine Materialansammlung hergestellt wird, wenn Granulat in den Materialbehälter gelangt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Dosierelementes bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage wird der
Förderabschnitt quer zur Längsachse des Schachtes durch den
Materialbehälter geführt. Diese Art und Weise der Verbindung von Förderabschnitt und Materialbehälter zeichnet sich dadurch aus, dass keine komplizierte Konstruktion notwendig ist. Der Materialbehälter kann beispielsweise aus Blechplatten zusammengeschweißt werden und muss nur so dimensioniert werden, dass seine Abmessungen größer sind als der Durchmesser des Förderabschnitts.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Dosierelementes bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage ist der Förderabschnitt auf der dem Förderanschluss
gegenüberliegenden Seite mit der umgebenden Atmosphäre verbindbar, wodurch die Absauganlage zur Herstellung der Förderströmung
Umgebungsluft ansaugen und durch die Förderleitung transportieren kann .
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Dosierelementes bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage weist der Förderabschnitt auf der dem Schachtanschluss entgegengesetzten Seite zumindest eine Öffnung auf, um den Übertritt von geblähtem Granulat in den Förderabschnitt zu gewährleisten. Eine derartige Ausführung gewährleistet, dass das Granulat vom
Materialbehälter nur über die Saugwirkung der FörderStrömung in den Förderabschnitt gelangt und dass das Granulat, bevor es zu der zumindest einen Öffnung gelangt, einen möglichst langen Weg
zurücklegt .
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Dosierelementes bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage sieht vor, dass im Bereich des Materialbehälters eine
Messeinrichtung angebracht ist, mit welcher die Höhe der
Materialansammlung detektiert werden kann und die mit dem Mittel zur Regelung der Fördermenge gekoppelt ist. Dadurch kann die
Fördermenge, je nach Höhe der Materialansammlung über das Mittel zur Regelung erhöht oder verringert werden. Wird eine Mindesthöhe unterschritten wird die Fördermenge gedrosselt, wird eine
Maximalhöhe überschritten, so wird die Fördermenge erhöht. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Dosierelementes bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage ist das Mittel zur Regelung der Fördermenge als inneres Rohr, welches innerhalb des Förderabschnitts angeordnet ist, mit einer sich darin befindlichen Regelklappe ausgeführt ist. Durch diese einfache Gestaltung des Mittels zur Regelung ist eine Regelung der Fördermenge über das Verstellen der Klappe möglich. Das innere Rohr ist vorzugsweise gleich lang wie der Förderabschnitt und im
Betriebszustand auf derselben Seite wie der Förderabschnitt mit der Atmosphäre verbunden, so dass auch durch das innere Rohr
Umgebungsluft angesaugt werden kann. Außerdem ist es vorteilhaft, das innere Rohr konzentrisch zum Förderabschnitt anzubringen, um eine gleichmäßige Saugwirkung zu erreichen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Dosierelementes bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage ist die Regelklappe so ausgebildet, dass sie einerseits verschließbar ist und damit den durchströmten Querschnitt des inneren Rohres verkleinert, wenn eine Überschreitung einer
definierten Höhe der Materialansammlung von der Messeinrichtung detektiert wird, um die Fördermenge zu erhöhen und damit die Höhe der Materialansammlung zu verringern, und andererseits offenbar ist und damit den durchströmten Querschnitt des inneren Rohres
vergrößert, wenn eine Unterschreitung einer definierten Höhe der
Materialansammlung von der Messeinrichtung detektiert wird, um die Fördermenge zu vermindern und damit die Höhe der Materialansammlung zu vergrößern. Dadurch, dass die Regelklappe denselben Durchmesser aufweist wie das innere Rohr, lässt sich ein durchströmter
Querschnitt einstellen. Steht die Regelklappe normal zur Längsachse des inneren Rohres, so gibt es keinen durchströmten Querschnitt und es entsteht ein starker Sog im Bereich zwischen dem inneren Rohr und der Innenfläche des Förderabschnittes, wodurch mehr geblähtes
Granulat aus dem Materialbehälter eingesaugt wird. Steht die
Regelklappe parallel zur Längsachse des inneren Rohres, so herrscht über den gesamten Querschnitt des Förderabschnittes dieselbe
Sogwirkung und es gelangt nur wenig Granulat in den Förderabschnitt.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Anschluss folgt nun eine detaillierte Beschreibung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Dabei zeigt Fig. 1 eine schematische Abbildung einer erfindungsgemäßen
Anlage,
Fig. 2 eine detaillierte Ansicht eines erfindungsgemäßen
Dosierelementes, Fig. 3 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Dosierelementes nach Linie AA in Fig. 2.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Figur 1 zeigt eine Anlage zu Expansion von sandkornförmigen
Rohmaterial 1. Dabei fällt das Rohmaterial 1 durch einen vertikalen Schacht 3, welcher mit Mitteln 2 zur Beheizung, in der vorliegenden Ausführungsvariante werden mehrere elektrische
Widerstandsheizungen 2 verwendet, beheizbar ist. Die Aufgabe des Rohmaterials erfolgt im Kopfbereich 16 des Schachtes 3. Dadurch, dass die WiderStandsheizungen 2 einzeln steuerbar sind, lässt sich längs des Schachtes 3 ein bestimmtes Temperaturprofil einstellen. Durch die Wärmestrahlung, die vom Schacht 3 auf das Rohmaterial 1 wirkt, expandiert das Rohmaterial 1 zu geblähtem Granulat 5. Im Schacht 3 stellt sich durch die erhitzen Wände des Schachtes 3 und die entstehenden Prozessluft 18 eine Schachtströmung 4 ein, die aus einer wandnahen Grenzschichtströmung in Richtung des Kopfbereichs 16 und einer zentralen Kernströmung in Richtung des
Schachtanschlusses 20 besteht.
Im Kopfbereich 16 des Schachtes 3 ist eine weitere
Absaugeinrichtung 17 vorgesehen, welche Prozessluft 18 aus dem
Kopfbereich 16 absaugt und damit die Schachtströmung 4 verbessert. Zusätzlich ist noch ein Regelkreis 30 mit der weiteren
Absaugeinrichtung 17 gekoppelt, der den Anteil an abgesaugter
Prozessluft 18 und angesaugter Umgebungsluft regelt. Ebenso kann zur Stabilisierung der Schachtströmung 4 Prozessluft 18 in den
Kopfbereich 16 eingeblasen werden, entweder durch diese weitere Absaugeinrichtung 17 oder durch eine weitere, hier nicht
dargestellte Einrichtung.
Am unteren Ende des Schachtes 3 befindet sich ein Dosierelement 6, welches die Menge des Granulats 5, welche vom Schacht 3 in die pneumatische Förderleitung 7 gefördert wird, _regelt . Das Dosierelement 6 weist an der Verbindungsstelle mit dem Schacht 3 einen Schachtanschluss 20 auf und an der Verbindungsstelle mit der Förderleitung 7 einen Förderanschluss 23. Ebenfalls ist in dem Teil des Dosierelements 6, welches an den Schacht 3 grenzt, eine
Messeinrichtung 15 angebracht, über deren Messdaten die Fördermenge reguliert wird.
An einem Ende der pneumatische Förderleitung 7 ist eine
Absaugeinrichtung 12 angebracht, die vorzugsweise als Ventilator ausgeführt ist, die Umgebungsluft vom anderen Ende, welches zur Umgebung hin offen ausgeführt ist, der Förderleitung 7 durch diese saugt und so geblähtes Granulat 5 befördert. Innerhalb dieser Förderleitung 7 ist ein Gaszyklon 13 angeordnet, über welchen das Granulat 5 aus der Förderleitung abgeschieden wird. In der
Förderleitung 7 befindet sich eine Filteranlage 28, die bevorzugter Weise zwischen Gaszyklon 13 und Absaugeinrichtung 12 angeordnet ist die kleine Partikel aus der Förderleitung 7 abscheidet . Über eine weitere Messeinrichtung 29 wird, durch Messen des Differenzdruckes, die Fördermenge der Absaugeinrichtung 12 so gesteuert, dass die Strömungsgeschwindigkeit in der Förderleitung 7 auch bei
Verschmutzung der Filteranlage 28 konstant bleibt.
Die Fig. 1 zeigt, dass bei dieser Ausführungsvariante zusätzlich eine Wiegeeinrichtung 14, die, bezogen auf den Fluss des
Granulats 5, nach dem Gaszyklon 13 angeordnet ist, vorgesehen ist, mit der das Gewicht und damit die Schüttdichte des abgeschiedenen geblähten Granulats 5 bestimmt werden kann. Über diese Messung kann ein Rückschluss auf die Qualität des Blähvorganges gezogen werden und dementsprechend wird entweder die Aufgabe von Rohmaterial 1 reduziert, bevorzugter Weise gänzlich gestoppt, oder die Leistung der Widerstandsheizungen 2 wird in einem bestimmten Bereich des Schachtes 3 erhöht. Alternative Ausführungsvarianten der Erfindung sehen keine Wiegeeinrichtung 14 vor, so dass das geblähte Granulat direkt aus dem Gaszyklon 13 in einen Behälter, vorzugsweise einen Silo, eingebracht wird.
Die Figuren 2 und 3 zeigen nun eine detaillierte Ansicht des
Dosierelementes 6. In Figur 3 ist eine der Hauptfunktionen des Dosierelementes 6 abgebildet: die Bildung einer Materialansammlung 10. Geblähtes Granulat 5 fällt aus dem Schacht 3 über den Schachtanschluss 20 (Fig. 1) in einen ersten Teil des Dosierelementes, den Materialbehälter 19, der einer Längsachse 21 aufweist. Dadurch, dass die Menge des Granulats 5 aus dem Schacht 3 in einem ersten Prozessschritt höher ist, als die Menge an
Granulat 5, die durch das Dosierelement 6 in die Förderleitung 7 gelangt, wird der Materialbehälter 19 mit geblähtem Granulat 5 gefüllt, so dass sich eine Materialansammlung 10 ausbildet, die zumindest einen ersten Querschnitt 11 des Materialbehälters 19 ausfüllt. Dadurch kann der Raum, welcher sich im Betriebszustand oberhalb der Materialansammlung 10 befindet, insbesondere der Schacht 3, drucktechnisch von dem Raum, welcher sich im
Betriebszustand nach dem Materialbehälter 19 befindet, insbesondere der Förderleitung 7, entkoppelt werden, so dass sich
Druckschwankungen in der Förderleitung 7 nicht auf die
Schachtströmung 4 auswirken. Der Materialbehälter 19 ist so ausgeführt, dass er im Bereich des Schachtanschlusses 20 zumindest denselben Querschnitt wie der Schacht 3 aufweist, vorzugsweise hat der gesamte obere Bereich des Materialbehälters 19 denselben
Querschnitt wie der Schacht 3, welcher insbesondere rechteckig ausgeführt ist.
Die Fig. 2 zeigt, dass durch den unteren Bereich des
Materialbehälters 19, der vorzugsweise einen größeren Querschnitt aufweist als der Schacht 3, ein Förderabschnitt 22, welcher vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist, geführt wird, wobei der größte Durchmesser des Förderabschnittes 22 kleiner ausgebildet ist, als die kleinste Abmessung des Innenraumes des Materialbehälters 19. Der Abstand zwischen der Außenseite des Förderabschnittes 22 und den Innenseiten des Materialbehälters 19 beträgt ein Vielfaches des, aus prozessbezogenen Erfahrungswerten bekannten, größten zu erwartenden Durchmessers einer Granalie des geblähten Granulats 5. In der Regel liegt der Multiplikationsfaktor in einem Bereich zwischen dem lOfachen und lOOfachen, vorzugsweise zwischen dem 20fachen und 40fachen. Typische Granaliendurchmesser des geblähten Granulats 5 liegen im Bereich von 0,5 bis 5 mm.
Beispielsweise ergibt sich somit bei einem Granaliendurchmesser von 2 mm und einem Faktor von 30 ein Abstand von 2 mm x 30, also 60 mm. Der Materialbehälter 19 umschließt also zumindest einen Teil des Förderabschnittes 22, vorzugsweise den gesamten Förderabschnitt 22. Der Förderabschnitt 22 berührt also vorzugsweise die Bodenfläche des Materialbehälters 19 und liegt auf diesem auf. Der Förderabschnitt wird quer zur Längsachse 21 des Materialbehälters durch diesen geführt, wobei sich in dieser Variante der Erfindungen die
Längsachse 21 mit der Achse des Förderabschnittes 22 in einem Punkt schneiden und der Winkel zwischen den Achsen 90° beträgt.
Alternative Ausführungsformen der Erfindung können auch andere Winkel und versetzte Achsen aufweisen. Um den Übergang von geblähten Granulat 5 vom Materialbehälter 19 in den Förderabschnitt zu gewährleisten, ist im Förderabschnitt 22 zumindest eine Öffnung 24 (Fig. 3) angebracht. Diese zumindest eine Öffnung 24 befindet sich in dieser Variante der Erfindung auf der dem Schachtanschluss 20 entgegengesetzten Seite des Förderabschnittes 22 (und zwar auf beiden Seiten des Förderabschnittes 22, hier symmetrisch zur
Längsachse 21), also im Betriebszustand auf der unteren Seite, wobei die zumindest eine Öffnung 24 vorzugsweise als eine Mehrzahl an Schlitzen ausgeführt ist. Alternative Ausführungsvarianten sehen vor, dass die zumindest eine Öffnung 24 die Form eines Rechtecks, Quadrates oder Kreises hat. Jedenfalls muss die zumindest eine Öffnung 24 so dimensioniert sein, dass die Granalien mit dem größten Durchmesser, welcher aus prozessbezogenen Erfahrungswerten bekannt ist, noch durch die zumindest eine Öffnung 24 gelangen können, ohne dass eine Verstopfung entsteht. Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Granalie und dem Durchmesser der
Öffnung 24, zwischen 1:3 und 1:100, besonders bevorzugt zwischen 1:5 und 1:50, insbesondere zwischen 1:5 und 1:25. Beispielsweise ergibt sich bei einem Granaliendurchmesser von 2 mm und einem Verhältnis von 1:5 der Durchmesser der Öffnung 24 mit 2 mm x 5 zu 10 mm.
Im Inneren des Förderabschnittes 22 befindet sich ein Mittel 9 zur Regelung der Fördermenge, welches in dieser Variante als inneres Rohr 25 mit einer Regelklappe 26 ausgeführt ist. Dabei ist der größte Durchmesser des inneren Rohres 25, welches wie der
Förderabschnitt 22 vorzugsweise kreisrund ausgeführt ist, kleiner als der kleinste Durchmesser des Förderabschnittes 22 und diese beiden Elemente sind konzentrisch angeordnet. Durch Variation der Querschnitte und der Position des inneren Rohres 25 sind viele alternative Ausführungen denkbar. Das innere Rohr 25 ist ebenfalls, wie der Förderabschnitt 22 und damit die Förderleitung 7, an der dem Förderanschluss 23 entgegenliegenden Seite mit der Atmosphäre verbunden, wodurch Umgebungsluft durch alle zuvor genannten Elemente gesaugt werden kann.
Die Regelklappe 26 ist innerhalb des inneren Rohres 25 angeordnet und vorzugsweise als kreisrunde Platte mit einem Durchmesser ausgebildet, der das Verschließen des inneren Rohres 25 erlaubt. Diese Regelklappe 26 ist drehbar gelagert, so dass sie um eine Achse normal zur Achse des inneren Rohres 25 schwenkbar ist. Diese
Schwenkung kann in einem Bereich zwischen einer ersten Position, in der die Regelklappe 26 parallel zur Längsachse des
Förderabschnittes 22 steht und einer zweiten Position, in der die Regelklappe 26 normal zur Längsachse des Förderabschnittes 22 steht, stattfinden .
Im Förderabschnitt 22 herrscht dieselbe FörderStrömung 8 wie in der Förderleitung 7, welche durch die Absaugeinrichtung 12 (Fig. 1) erzeugt wird. Durch diese FörderStrömung 8 wird Granulat 5 aus dem Materialbehälter 19 über die zumindest eine Öffnung 24 in den
Förderabschnitt 22 und weiter in die Förderleitung 7 befördert.
Detektiert nun die Messeinrichtung 15 (Fig. 1 ), welche die Höhe der Materialansammlung 10 im, im Betriebszustand, oberen Teil des
Materialbehälters 19 überwacht, eine zu geringe Höhe der
Materialansammlung 10, so wird die Regelklappe 26 geöffnet, also in Richtung der ersten Position der Regelklappe 26 geschwenkt. Dadurch wird der durchströmte Querschnitt 27, wenn die zweite Position erreicht ist, gleich groß wie der Durchmesser des inneren Rohres 25 und im gesamten Querschnitt des Förderabschnittes 22 herrscht dieselbe Strömungsgeschwindigkeit der FörderStrömung 8. Dadurch geht wenig Granulat 5 vom Materialbehälter 19 in den Förderabschnitt 22 über und die Höhe der Materialansammlung 10 steigt.
Detektiert nun die Messeinrichtung 15 (Fig. 1) eine zu große Höhe der Materialansammlung 10, so wird die Regelklappe 26 geschlossen, also in Richtung der zweite Position der Regelklappe 26 geschwenkt. Dadurch wird der durchströmte Querschnitt 27, wenn die erste
Position erreicht ist, minimal, vorzugsweise ganz geschlossen, so dass die Strömungsgeschwindigkeit im kreisringförmigen Bereich zwischen dem inneren Rohr 25 und der Innenseite des
Förderabschnittes 22 größer wird, wodurch ein stärkerer Sog erzeugt wird und eine größere Menge an Granulat 5 vom Materialbehälter 19 in den Förderabschnitt 22 über geht und die Höhe der
Materialansammlung 10 sinkt.
Dadurch wird gewährleistet, dass die Höhe der Materialansammlung 10 immer in einem definierten Bereich gehalten werden kann, um den Effekt der Entkoppelung der Schachtströmung 4 von der
FörderStrömung 8 aufrecht zu erhalten.
Dabei wird die Mindesthöhe der Materialansammlung 10 durch die zumindest eine Öffnung 24 bestimmt, welche bei besagter Mindesthöhe überdeckt sein muss. Die eigentliche Höhe der Materialansammlung 10, welche sich im Betrieb einstellt, wird über den Abstand der
Messeinrichtung 15 vom Förderabschnitt 22 bestimmt, welcher
vorzugsweise 1 cm bis 15 cm beträgt. Die Messeinrichtung 15 (bzw. deren Detektor) sollte also am besten nur geringfügig höher
angebracht sein als der äußere Durchmesser des luftdurchströmten Kreisringspaltes (zwischen dem inneren Rohr 25 und der Innenseite des Förderabschnittes 22) zur Ansaugung des geblähten Granulats 5.
BEZUGSZEICHENLISTE
sandkornförmiges Rohmaterial
Mittel zur Beheizung (elektrische Widerstandsheizungen) Schacht
Schachtströmung
geblähtes Granulat
Dosierelement
pneumatische Förderleitung
FörderStrömung
Mittel zur Regelung
Materialansammlung
erster Querschnitt
Absaugeinrichtung
Gaszyklon (Trennvorrichtung)
Wiegeeinrichtung
Messeinrichtung
Kopfbereich
weitere Absaugeinrichtung
Prozessluft
Materialbehälter
Schachtanschluss
Längsachse
Förderabschnitt
Förderanschluss
Öffnung
inneres Rohr
Regelklappe
durchströmter Querschnitt Filteranlage
weitere Messeinrichtung Regelkreis

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Expansion von sandkornförmigem Rohmaterial (1), bei dem das Rohmaterial (1) durch einen, mit Mittel (2) zur Beheizung versehenen, im Wesentlichen vertikalen erhitzten Schacht (3), in welchem eine Schachtströmung (4) vorherrscht, nach unten fällt, wobei das Rohmaterial (1) auf Grund der Wärmeübertragung im Schacht (3) zu geblähtem Granulat (5) expandiert und das entstandene Granulat (5) in eine
pneumatische Förderleitung (7) mit einer FörderStrömung (8) zwecks Weitertransport gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schacht (3) und der Förderleitung (7) ein
Dosierelement (6) angebracht ist, in welchem die Menge des Granulats (5) welche vom Schacht (3) in die Förderleitung (7) übergeht über Mittel (9) zur Regelung geregelt wird, so dass eine definierte Materialansammlung (10) des Granulats (5) im Dosierelement (6) als Puffer ausgebildet wird, welche die Schachtströmung (4) von der Förderströmung (8) entkoppelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Materialansammlung (10), welche als Puffer dient, derart ausgeführt ist, dass zumindest ein erster Querschnitt (11) des Dosierelementes (6) über eine definierte Höhe vollständig mit geblähtem Granulat (5) aus dem Schacht (3) ausgefüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderströmung (8) durch eine Absaugeinrichtung (12) erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Förderleitung (7) eine
Trennvorrichtung, vorzugsweise ein Gaszyklon (13), vorgesehen ist, durch welche das geblähte Granulat (5) von der
Förderströmung (8) abgeschieden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schüttdichte des Granulats (5) als Qualitätsmerkmal des
Expansionsvorganges bestimmt wird, um die Mittel zur Beheizung (2) nach zu regeln oder die Aufgabe von
Rohmaterial (1) zu reduzieren.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Mittel (9) zur Regelung über eine lokale Beeinflussung der FörderStrömung (8) im
Dosierelement (6) die Fördermenge des geblähten Granulates (5) in der Förderleitung (7) erhöht oder verringert.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Höhe der Materialansammlung (10) im Dosierelement (6) detektiert wird und dass diese Information an das Mittel (9) zur Regelung übermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass Prozessluft (18) aus dem Kopfbereich (16) des Schachtes (3) abgesaugt wird, um den zum Kopfbereich (16) gerichteten Teil der Schachtströmung (4) zu erhöhen und damit zu stabilisieren.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass Prozessluft (18) in den Kopfbereich (16) des Schachtes (3) eingeblasen oder eingesaugt wird, um den zum Kopfbereich (16) gerichteten Teil der Schachtströmung (4) zu stabilisieren .
0. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 mit einem Dosierelement (6) welches mit einem im Wesentlichen vertikalen erhitzbaren Schacht (3) und einer pneumatischen Förderleitung (7) verbunden ist, dadurch
gekennzeichnet, dass das Dosierelement (6) einen
Materialbehälter (19), welcher über einen Schachtanschluss (20) mit dem Schacht (3) verbunden ist und eine Längsachse (21) aufweist, einen Förderabschnitt (22), welcher über einen
Förderanschluss (23) mit der Förderleitung (7) verbunden ist, und Mittel (9) zur Regelung umfasst, die so ausgebildet sind, dass im Bereich des Materialbehälters (19) eine
Materialansammlung (10) hergestellt wird, wenn Granulat (5) in den Materialbehälter (19) gelangt. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Förderabschnitt (22) quer zur Längsachse (21) des Schachtes (3) durch den Materialbehälter (19) geführt wird.
Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderabschnitt (22) auf der dem Förderanschluss (23) gegenüberliegenden Seite mit der umgebenden Atmosphäre
verbindbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Förderabschnitt (22) auf der dem Schachtanschluss (20) entgegengesetzten Seite zumindest eine Öffnung (24) aufweist, um den Übertritt von geblähtem
Granulat (5) in den Förderabschnitt (22) zu gewährleisten.
Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass im Bereich des Materialbehälters (19) eine Messeinrichtung (15) angebracht ist, mit welcher die Höhe der Materialansammlung (10) detektiert werden kann und die mit dem Mittel (9) zur Regelung der Fördermenge gekoppelt ist.
Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Mittel (9) zur Regelung der
Fördermenge als inneres Rohr (25), welches innerhalb des
Förderabschnitts (22) angeordnet ist, mit einer sich darin befindlichen Regelklappe (26) ausgeführt ist.
Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Regelklappe (26) so ausgebildet ist, dass sie einerseits verschließbar ist und damit den durchströmten Querschnitt (27) des inneren Rohres (25) verkleinert, wenn eine Überschreitung einer definierten Höhe der Materialansammlung (10) von der Messeinrichtung (15) detektiert wird, um die Fördermenge zu erhöhen und damit die Höhe der Materialansammlung (10) zu verringern, und andererseits offenbar ist und damit den durchströmten Querschnitt (27) des inneren Rohres (25)
vergrößert, wenn eine Unterschreitung einer definierten Höhe der Materialansammlung (10) von der Messeinrichtung (15) detektiert wird, um die Fördermenge zu vermindern und damit die Höhe der Materialansammlung (10) zu vergrößern.
PCT/AT2015/050143 2014-06-05 2015-06-05 Verfahren zur expansion von sandkornförmigem rohmaterial WO2015184482A1 (de)

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