DE2815161C2

DE2815161C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels

Info

Publication number: DE2815161C2
Application number: DE2815161A
Authority: DE
Inventors: Horst 5210 Troisdorf Herchenbach; Bartl Kufstein Lechner
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1978-04-07
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1984-11-22
Also published as: DK144679A; GB2018233B; DK154897C; JPS54137021A; DK154897B; IT1162295B; DE2815161A1; US4236932A; BR7902130A; GB2018233A; FR2421854B1; FR2421854A1; ATA246378A; US4298340A; AT368986B; IT7948638A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels, insbesondere für Putz- und Mauermörtel, wobei mindestens eine Komponente gebrannt, soweit nötig gelöscht und gegebenenfalls mit anderen Komponenten gemischt wird. Die üblichen Verfahren zur Herstellung hydraulischer Bindemittel für Putz- und Mauermörtel, beispielsweise auf der Basis von Kalkstein oder Ton, beruhen auf einer seit langem bekannten Technik, wobei diese Mineralien auf thermischem Wege aktiviert werden. Unter »Aktivierung« versteht man dabei das Austreiben von K ristall wasser beispielsweise bei Gips, das Austreiben von Bindungswasser zum Beispiel der OH-Gruppen bei Tonmineralien oder das Austreiben von CO₂, Entsäuern genannt, beispielsweise aus Calciumcarbonat.

ίο Für die Herstellung dieser Produkte eignen sich einfache Schachtofen und gegebenenfalls verhältnismäßig kleine Drehrohröfen. Gelegentlich wurden auch schon hydraulische Bindemittel der genannten Kategorie in Anlagen für Zementklinkerherstellung mittels

Schwachbrand produziert, sofern der Anlagentyp ein solches Verfahren grundsätzlich überhaupt zuließ. Dies ist beispielsweise bei Anlagen der Fall, welche als Ausgangsmaterial Pellets oder Granalien verwenden.
Bei anderen Anlagen, beispielsweise zur Zementklinkerherstellung im Trockenverfahren, welche üblicherweise mit einem Schwebegaswärmetauschersystem zur Vorerwärmung und Calcinierung ausgestattet sind und die Rohgutmischung als Mehl calcinieren, würde sich die Herstellung solcher Produkte aus technischen und wirtschaftlichen Gründen von selbst verbieten. Anlagenbetreiber, welche in der verkaufsorientierten Produktpalette neben hochwertigen Zementsorten hydraulische Bindemittel für Putz- und Mauermörtel führen, sind daher oftmals gezwungen, diese Produkte über den Handel zu beziehen, gegebenenfalls unter Aufbietung hoher Transportkosten, um die Erstellung einer kostenträchtigen separaten Produktionsanlage für die Herstellung der hydraulischen Bindemittel zu vermeiden.
Gemäß der DE-OS 25 50 418 ist die Wärmebehandlung von Tonerde in einer Anlage dargestellt, die aus einer Vorwärmzone, einer zweigestuften Brennzone und einer Kühlzone besteht. Die Brennzone ist mittels eines Abscheidezyklons, eines Gutverteilers und einer Rückführleitung zur Brennzone zu einer Zirkulationsstrecke für das Gut ausgebildet. Die bekannte Anlage ist zur gleichzeitigen Produktion unterschiedlicher Endprodukte nicht in der Lage und dies ist auch nicht vorgesehen. Innerhalb der Produktionslinie findet keine Abzweigung eines Gutteilstromes statt, der anschließend außerhalb der Produktionslinie eine gesonderte wärmelechnischc Behandlung erfährt. Vielmehr soll das gesamte Behandlungsgul nach einmaligem Durchsetzen der Brennzone abgeschieden und insgesamt einer Kühlzone zugeführt werden; beziehungsweise wird ein Teil

des Behandlungsgutes in die Brennzone rezirkuliert (innerer Kreislauf), wobei wiederum das Gut insgesamt der Kühlzonc zugeführt wird. Hierdurch soll ein einziges Produkt mit möglichst einheitlicher Qualität und Eigenschaft hergestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung von mehreren Produkten mit unterschiedlichem Brennzustand in einer einzigen Anlage zur Verfügung zu stellen, insbesondere zur Herstellung hydraulischer Bindemittel für Putz- und Mauermörtel. Es soll aufgabengemäß die Errichtung einer speziellen Produktionslinie vermieden werden, dagegen soll die Verwendung einer in ihren Hauplorgancn unveränderten Zementklinkerproduktionsanlage ermöglicht werden, ohne deren Stammpro-

b5 duktion zu beeinträchtigen, und insbesondere ohne deren Wirtschaftlichkeit durch Betriebs/.ustände außerhalb des Bestpunktes zu reduzieren.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt dadurch, daß aus

einem für die Zementklinkerproduktion zusammengesetzten slaubförmigen Rohgut-Mengenstrom, der in einer Gutvorwärmzone bei etwa 450⁰C dehydratisiert und zumindest teilweise calciniert worden ist, ein Anteil dieses so behandelten Rohgutes im Bereich der Vorwärmzone aus der Zementklinkerproduktion entnommen wird, in einer von der Klinkerproduktion separaten Kühlzone gekühlt und zur Herstellung des hydraulischen Bindemittels verwendet wird, während der andere Teil des Rohgutes aus der Vorwärmzone zu Zementklinker gebrannt wird.
Die Vorteile der Erfindung sind:

— Einsparung einer separaten Produktlinic, infolgedessen:

— Einsparung von Investitions-, Energie-, Betricbssowie Personaikosten,

— Einsparung an Wärmeverbrauch infolge Integrien> ng von Binder- und Zementproduktion,

— Flexibilität der Produktpalette durch unabhängige, gleichzeitige Produktionsmöglichkeit unterschiedlicher Produkte in ein und derselben Anlage,

— Wegfall von Transportkosten durch Herstellung an ein und demselben Ort,

— Unabhängigkeit von Konkurrenz- und Fremdanlagen,

— Fortfall eines bei Fremdbezug erforderlichen Verkaufs-Zwischenlagers,

— Rationalisierungseffekt.

Zweckmäßigerweise wird der Teilstrom bei Temperaturen zwischen 450⁰C und 900⁰C aus dem Bereich der Vorwärmzone abgezweigt. Diese Maßnahme dient einer noch größeren Flexibilität der Produktionsmöglichkeit, insbesondere bei unterschiedlichen und/oder wechselnden Ausgangsmischungen. Beispielsweise benötigen Carbonate zur Entsäuerung eine höhere Temperatur als Tonmineralien zum Austreiben des Bindungswassers etc.

In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß zwischen Vorwärmzone und Klinkerbrennzone an wenigstens zwei Stellen Teilströme mit unterschiedlichen Temperaturen und entsprechenden Aktivierungszuständen abgezweigt werden, und daß die Teilströme zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels zu einer Mischung vereinigt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein Teilstrom mit einem Entsäuerungsgrad zwischen 50 und 85%, vorzugsweise zwischen 62 und 72% abgezweigt wird.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer aus einer Vorwärmzone und CaI-cinierzone, einer Klinkerbrennzone und einer Kühlzone bestehenden Zementproduktionsanlage im Bereich der Vorwärmzone Abzugseinrichtungen zur Entnahme eines Anteils des Rohgutes aus der Zementproduktionsanlage angeordnet sind, wobei die Abzugseinrichtungen in Durchsatzrichtung des Gutes mit einer von der Kühlzone separierten Kühlvorrichtung und falls erforderlich mit einer Einrichtung zum Löschen des Gutes in Verbindung stehen. Durch diese Einrichtungen lassen sich gezielt hydraulische Bindemittel herstellen, deren Eigenschaften kombinierbar sind, so daß neben dem eigentlichen Zementklinker aus der Zementbrennanlage zusätzliche Produkte hergestellt werden können, ohne daß nennenswerte Investitionen getätigt werden müssen.

Dabei kann es zur Entnahme von Gutanteilen an Stellen mit unterschiedlichen Aktivierungszuständen im Sinne der entsprechenden erfindungsv/esentlichen Verfahrensmaßnahmen zweckmäßig sein, daß mindestens zwei Abzugseinrichtungen zwischen Vorwärmzone und Klinkerbrennzone angeordnet sied Mit Vorteil umfaßt eine solche Vorrichtung in Durchsatzrichtung des Gutes gesehen ein vorzugsweise dosierendes Abzugsorgan.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben, und es werden ihre Funktionen erläutert Dabei zeigt

ίο F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage gemäß der Erfindung,

F i g. 2 das Blockschaltbild einer anderen Anlage nach der Erfindung.

Fig.3 einen vergrößerten Ausschnitt einer Anlage nach F i g. 2, in Ansicht

Die in F" i g. 1 dargestellte Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem in üblicher Weise als Drehofen ausgebildeten Zementbrennofen, dessen Abgase einer Reihe von Zyklonstufen 75,74,73,72 zugeführt werden 2ü und durch das A bgasgebläse 77 die Anlage verlassen.

Auf ihrem Weg begegnen die heißen Abgase dem an der Materialaufgabestelle 71 eingeführten staubförmigcn Ausgangsmaterial. Dieses besteht beispielsweise aus Mergeln, Kalkmergeln und Kalkstein, wobei eine Zusammensetzung eingehalten wird, damit sich im glühverlustfreien Zustand ca. folgende Zusammensetzung ergibt:

CaO	60-70%
SiO₂	18-24%
Al₂O₁	4-8%
Fe₂O,	1-4%
MgO	0,5-5%

Während sich das Gas von der vierten Zyklonstufe 75 bis zur ersten Zyklonstufe 72 zunehmend abkühlt, erfolgt in der umgekehrten Richtung eine progressive Erwärmung des aufgegebenen Materials. Die Gastemperaturen schwanken nach der zweiten Zyklonstufe 73 zwischen 480° C und 500° C, nach der dritten Zyklonstufe 74 zwischen 65O⁰C und 700⁰C und nach der vierten Zyklonstufe 75 zwischen 780 und 850⁰C. Soweit bisher beschrieben, entspricht die Anlage völlig einer konventionellen Einrichtung zur Herstellung von Zement.

Gemäß der Erfindung werden nun nach einzelnen Zyklonstufen, durch die das aufgegebene Material teilcntsäuert worden ist, Entnahmestellen 78 vorgesehen, denen Ausgangsmaterial für die Herstellung von hydraulischem Kalk entnommen wird. Der Anteil des entnommenen Materials an der Gesamtmenge kann dabei in weiten Grenzen durch die jeweiligen wirtschaftlichen Bedürfnisse bestimmt werden. Sein Entsäuerungsgrad liegt im allgemeinen zwischen 50 und 85%, vorzugsweise zwischen 62 und 72%. Man spricht in diesem Zusammenhang von scheinbarer Entsäuerung, da das entnommene Material eine Mischung aus völlig entsäuertem Staub darstellt, der durch die Abgase aus dem Drehofen mitgerissen worden ist, und aus teilentsäuertem aufgegebenen Material, dessen Entsäuerungsgrad an sich noch nicht den an der entnommenen Mischung festgestellten mittleren Entsäuerungsgrad aufweist.

Dz'. entnommene Material wird zunächst abgekühlt und dann bis zur Raumbeständigkeit gelöscht. Bei der Reaktion, die im Vorwärmer stattfindet, wird nämlich

b5 nicht, wie beim endgültigen Brennen des Zements, das gesamte, beim Entsäuern des Calciumcarbonats entstehende Calciumoxid an die restlichen Komponenten gebunden, sondern es bleibt frei im Prr»Hiilft onthaiton

Dieses Calciumoxid muß mit Wasser gelöscht, das heißt, in Calciumhydroxid übergeführt werden. Ein Kalk, der nicht einwandfrei gelöscht ist, zeigt beim Anmachen des Mörtels oder auch nach der Erhärtung starkes Kalktreiben unter Volumenvermehrung, das heißt, er ist nicht raumbeständig (Putz kann zerbröseln und abfallen und Mauerwerk kann zerstört werden).

Dem gelöschten Material können in üblicher Weise zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit Luftporenbildner zugeführt werden. Als Luftporenbildner können sowohl verseifte natürliche Harze und ähnliches als auch künstliche oberflächenaktive Stoffe benutzt werden, wie sie bei der Herstellung von Waschmitteln und Badeschäumen in Gebrauch sind. Durch Zugabe von gemahlenem Zementklinker kann die Festigkeit erhöht werden.

Ist für den vorgesehenen Anwendungszweck der Anteil an Calciumhydroxid noch zu hoch, so kann durch Zugabe von gemahlener Hochofenschlacke, Traß oder Flugasche die Fähigkeit des Endproduktes zu hydraulischer Erhärtung erhöht werden.

Gemäß Fig.2 wird Rohmehl aus dem Rohmehl-Homogenisierungssilo 1 mit einer dynamischen Wiegevorrichtung 2, einer Bandwaage, der Vorwärm- und Calcinierzone 3, einer Anlage zum Brennen von Zementklinker 4 an der Stelle 5 aufgegeben. Das Rohmehl durchwandert die Vorwärm- und Calcinierzone 3 nach unten, im intensiven Wärmetausch mit heißen Wärmeträgergasen, welche an der Stelle 6 in die Vorwärm- und Calcinierzone 3 eingeführt werden. Das Calcinierte Rohmehl verläßt die Vorwärm- und Calcinierzone 3 an der Stelle 7 und gelangt bei 8 in den Materialeinlauf 9 der Brennzone 10. Bei dieser Brennzone 10 handelt es sich um einen Drehrohrofen mit dem Brenner 11₁ welchem heiße Sekundär- und Primärluft 12 aus der nachgeschalleten Kühlzone 13 mit der Leitung 14 zugeführt wird. Eine Zweigleitung 15 führt ebenfalls heiße Frischluft aus der Kühlzone 13 zum Brenner 16 einer Zweitfeuerung 17, welche innerhalb der Vorwärm- und Calcinierzone 3 angeordnet ist.

Der fertiggebrannte Klinker 18 wird im Künkerkühler der Klinkerzone 13 gekühlt und danach in dem Klinkersilo 19 gelagert Von dort gelangt der Klinker über das dosierende Abzugsorgan 20 in zeitlich geregelter Menge zur Mahlanlage 21, und der fertiggemahlenc Zement in den Lagerbehälter 22. von wo das fertige Produkt mittels Transportfahrzeugen 23 abgezogen und — wie schematisch angedeutet, zum Verbrauchsort gebracht wird.

An der Stelle 7 wird über eine nicht dargestellte Materialweiche ein Anteil des vorgewärmten und calcinierten Gutes mit Hilfe einer dosierenden Einstellklappe oder einer volumetrisch oder gravimetrisch dosierenden Abzugseinrichtung 24 abgezweigt Das Gut wird im Durchlauf kontinuierlich einer Kühlvorrichtung 25 zugeführt, und weiter in stetigem Durchlauf der Löscheinrichtung 26 aufgegeben. Darin wird es unter Zugabe von eingespritztem Wasser, symbolisiert durch die Brausen 27, gelöscht Die Löscheinrichtung 26 ist zur Entstaubung mit der Leitung 28 an die zentrale Entstau- μ bungsanlage 29 angeschlossen. Die Löscheinrichtung 26 kann allerdings auch entfallen, wenn das Bindemittel infolge geringeren Aktivierungszustandes nicht gelöscht wird.

Das gelöschte Gut wird mit einer kontinuierlichen Wägeeinrichtung, einer Bandwaage 30, gravimetrisch dosiert in das Silo 31 abgezogen und eingelagert, von wo das Gut in gleicher Weise, wie auf der anderen Anlagenseite der Zement, mittels Transportfahrzeugen 32 dem Ort der Weiterverarbeitung zugeführt wird. Das die Vorwärm- und Calcinierzone 3 an der Stelle 33 verlassende Abgas wird mit der Leitung 34 durch die Entstaubungsanlage 29 geführt, welche abgeschiedenen Staub mit der Leitung 35 an der Stelle 36 wieder dem Prozeß zuführt, während das gereinigte Abgas durch die Abgasleitung 37 und den Heißgasventilator 38 sowie den Kamin 39 in die freie Atmosphäre entlassen wird.

Die kontinuierliche Wägeeinrichtung 30 ermittelt den Istwert des abgezogenen Gutes und leitet gewichtsproportionalc Impulse mit der Steuerleitung 40 dem elektronischen Vergleicher 41 zu. Dieser enthält aus einer digitalen elektronischen Vorwähleinrichtung 42 mit der Steuerleitung 43 einen Sollwertimpuls aufgeschaltet. Der Vergleicher 41 bildet aus dem Soll-Ist-Vergleich einen Regelimpuls, welcher mit Hilfe der Signalleitung 44 als Steuersignal 45 der volumetrisch dosierenden Abzugseinrichtung 24 aufgeschaltet wird. Gleichzeitig wird der Istwert mit der Steuerleitung 46 einer elektronischen Recheneinheit 47 aufgeschaltet, welche andererseits den Impuls 48 für den Rohmehl-Sollwert entsprechend dem Durchsatz der Brennzone 4 erhält. Beide Werte werden addiert und als korrigierter Sollwert 49 der dynamischen Wägeeinrichtung 2 für die Rohmehlzugabe aufgeschaltet. «

Auf diese Weise wird der an der Stelle 7 mit der Abzugseinrichtung 24 entnommene Teilstrom von teilcntsäuertem Rohmehl durch vermehrte Zugabe von Rohmehl praktisch ohne zeitliche Verzögerung auskorrigieri und zugegeben. Mit Eist ein dem Entsäuerungsgrad entsprechender Faktor symbolisiert, welcher zum Gewichtsausgleich von der Recheneinheit 47 ebenfalls berücksichtigt wird.

F i g. 3 zeigt eine hinsichtlich der Größenordnung der einzelnen Funktionselemente annähernd praxisgerecht realistische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlagenteilc innerhalb einer dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Zementklinkerproduktionsanlage.

Darin ist der unterste Zyklon 50 einer vierstufigen Zyklonwärrnctauschcranlagc mit seinem Matcrialauslaßende 51 dargestellt An dieses schließt sich ein Abzugsorgan 52 an, welches mit einer Regelklappe 53 ausgestattet ist. Mit 54 ist die Falleitung bezeichnet, welche mindestens größtenteils entsäuertes Rohmehl dem materialcinlaufseitigen Ende 55 des Drehrohrofens einer nicht dargestellten Klinkerbrennzone zuführt. Über die Abzweigleitung 57 wird Gut einer wassergekühlten Kühlschnecke 58 zugeführt, welche neben der Kühlfunktion gleichzeitig die Funktion eines volumetrisch dosierenden Abzugsorgans hat Das gekühlte Gut gelangt mit der Falleitung 59 in die Loschschnecke ^60, welche in das noch warme Gut mit Hilfe von Düsen 61 Wasser einspritzt und dieses mit dem Gut innig mischt

Ein Staubabzugskanal 62 ist, wie bereits in F i g. 2 mit der Entstaubungsanlage 28 angedeutet, an die nicht dargestellte Entstaubungsanlage 29 (Fig.2) mit Unterdruck angeschlossen.

Aus der Löschschnecke gelangt gelöschtes Gut über die gravimetrisch dosierende Bandwaage 63 in das Verladesilo 64, aus welchem das Gut in Silowagen 65 zum Transport an den Verbraucherort verladen wird. Der Kopf 66 des Verladesilos 64 dient gleichzeitig als hermetisch staubdichte Verkleidung für den Transportweg des Gutes aus der Löschschnecke 60 über die Bandwaage 63 in das Silo 64 und ist daher ebenfalls mit einer Entstaubungsanschlußleitung 67 an die zentrale Entstaubungsanlgc 29 mit geringem Unterdruck angeschlossen.

Die im Blockschaltbild Fig. 1/2 rein schematisch, sowie in F i g. 3 detaillierter gezeigte Anlagen sind lediglich als stellvertretende Beispiele für mögliche Ausgestaltungen der Erfindung anzusehen. Weitere Ausgestaltungen, welche sich, wie bereits erwähnt, von Fall zu Fall vorzugsweise nach den Gegebenheiten sowie der Ausstattung vorhandener oder geplanter Zementherstellungsanlagen richten, fallen ebenfalls unter die Erfindung.

ίο

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

15

20

25

30

35

40

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels, insbesondere für Putz- und Mauermörtel, wobei mindestens eine Komponente gebrannt, soweit nötig gelöscht und gegebenenfalls mit anderen Komponenten gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem für die Zementklinkerproduktion zusammengesetzten staubförmigen Rohgut-Mengenstrom, der in einer Gut-Vorwärmzone bei etwa 45O⁰C dehydratisiert und zumindest teilweise kalziniert worden ist, ein Anteil dieses so behandelten Rohgutes im Bereich der Vorwärmzone aus der Zementklinkerproduktion entnommen wird, in einer von der Klinkerproduktion separaten Kühlzone gekühlt und zur Hersteilung des hydraulischen Bindemittels verwendet wird, während der andere Teil des Rohgutes aus der Vorwärmzone zu Zementklinker gebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom bei Temperaturen zwischen 45O⁰C und 900⁰C aus dem Bereich der Vorwärmzone abgezweigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Vorwärnizone und Klinkerbrennzone an wenigstens zwei Stellen Teilströme mit unterschiedlichen Tempraturcn und entsprechenden Aktivierungszusländen abgezweigt werden, und daß die Teilströme zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels zu einer Mischung vereinigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teilstrom mit einem Entsäuerungsgrad zwischen 50% und 85%, vorzugsweise zwischen 62% und 72%, abgezweigt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer aus einer Vorwärmzone und Calcinierzone (3), einer Klinkerbrennzone (10) und einer Kühlzone (13) bestehenden Zementproduktionsanlage im Bereich der Vorwärmzone Abzugseinrichtuiigen (24, 52, 7S) zur Entnahme eines Anteils des Rohgutes aus der Zementproduktionsanlage angeordnet sind, wobei die Abzugseinrichtungen in Durchsatzrichtung des Gutes mit einer von der Kühlzone (13) separierten Kühlvorrichtung (25, 58) und falls erforderlich mit einer Einrichtung zum Löschen des Gutes (26,60) in Verbindung stehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Abzugseinrichtungen (24, 52, 78) zwischen Vorwärmzonc und Klinkerbrennzone angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein vorzugsweise dosierendes Abzugsorgan (52,58).