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Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Herstellungsprozesses
von hydraulischen Bindemitteln Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung des Herstellungsprozesses von hydraulischen Bindemitteln, insbesondere
von Portlandzement, deren gemahlenes und gemischtes Rohmaterial als Granalien dem
Brennofen zugeführt werden.
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Portlandzement wird bekanntlich aus ton- und kalkhaltigen Materialien
hergestellt. Das Grundmaterial wird zunächst gemahlen und gemischt zu Rohmehl und
dann in einem Brennofen so hoch erhitzt, bis das Rohmehl zu Klinkern zusammensintert.
Diese Klinker werden anschließend in einer Mühle zu Zement gemahlen.
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Beim Sintern schlammiger staubfeiner Massen, also beispielsweise des
Zementrohmehls, im Brennofen ergeben sich nun die bekannten Schwierigkeiten, daß
nämlich Teile des Rohmehlschlamms in übermäßiger Weise miteinander verkitten, sich
unter anderem im Ofeninnern festsetzen und so den Ofenbetrieb empfindlich stören
oder daß die in den Ofen eingeblasene Heißluft bzw. die Ofenabgase große Staubmengen
mit sich reißen, was wiederum die Wirtschaftlichkeit des Brennprozesses bzw. die
Klinkerbildung nachteilig beeinflußt.
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Deshalb ist man dazu übergegangen, die gezeigten Mißstände durch verschiedene
Maßnahmen zu beseitigen.
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Das Zementrohmehl wird zunächst zu Granalien geformt und dann dem
Wärmeaustauscher bzw. Brennofen zugeführt. Das Überführen des Zementrohmehls in
Granalien erfolgt beispielsweise dadurch, daß es zunächst mit Wasser angefeuchtet
und dann durch mechanische Bewegung in einen kugelförmigen Zustand gebracht wird.
Die Formung zu Granalien erfolgt auch unter Beimischung von Wasser und Öl, was nach
dem Brennen leichter zu mahlende Klinker ergibt. Andere Maßnahmen bestehen in der
Trocknung und Brikettierung des Zementrohmehls.
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Es ist auch bekannt, die Granulierung des Zementrohmehls nicht vor
dem Einbringen in den Brennofen vorzunehmen, sondern geeignete Fremdstoffe, wie
z. B. Kiesschotter in geeigneter Körnung, beizumischen, was zwar die Staubbildung
nicht befriedigend unterbindet, aber doch den eigentlichen Brennprozeß unterstützt.
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Es wird auch in der Weise verfahren, daß ein Teil der fertiggebrannten
Klinker zum Einlauf des Brennofens zurückgeführt und mit dem neu zu brennenden Zementrohmehl
vermischt wird.
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Außerdem wird das Rohmehl mit gebranntem Kalk oder hydraulischen Bindemitteln
zusammen mit Wasser befeuchtet und zu Granalien geformt. Diese Maßnahme erfolgt
erst kurz vor dem Brennprozeß, damit die bindenden Eigenschaften dieser Stoffe nicht
schon vor der Beschickung des Brennofens wirksam werden.
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Bei allen diesen Maßnahmen spielen aber die Größe, die Größenverteilung
und die Zusammensetzung (Menge des zugesetzten Wassers) eine ausschlaggebende Rolle
bezüglich der 'Wirtschaftlichkeit des Brennprozesses und der Güte des Endproduktes.
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Die richtige Größe der Granalien ist eine wesentliche Voraussetzung
dafür, daß Staubbildung infolge Zerfalls der Granalien .in der Sinterzone ebenso
vermieden wird wie die Schlammbildung mit ihren Folgen.
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Der einwandfreie Brennprozeß verlangt Granalien bestimmter Größe,
da z. B. beim dem Brennofen vorgeschalteten Wärmeaustauscher die Gaswärme im Querstrom
auf das Brenngut übertragen und eine möglichst günstige Wärmeaustausch-Oberfläche
angestrebt wird.
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Es soll eine etwa gleichmäßige Erhitzung der Granalien in der Trockenzone
erfolgen, da sonst die zunächst noch kalten Granalien mit dem aus den erhitzten
Granalien austretenden Wasserdampf beschlagen und dadurch erweichen, was wiederum
zu Schlammbildung führt. Eine weitere Folge einer ungleichmäßigen Erhitzung ist
aber auch, daß infolge des niedergeschlagenen Wasserdampfes zu feuchte Granalien
bei der anschließenden plötzlichen Erwärmung durch die eintretende Verdampfung zerspringen
und zerstäubt werden.
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Die Menge des zur Granalienbildung dem Rohmehl zugeführten Wassers
muß einerseits mindestens so groß sein, daß die erforderliche Größe
und
Festigkeit der Granalien erreicht wird, andererseits darf sie aber nicht so groß
sein, daß die Wirtschaftlichkeit des Prozesses durch Erhöhung des Brennstoffverbrauchs
zur Verdampfung des überschüssigen Wassers vermindert wird. Die Festigkeit, die
Größe und die Feuchtigkeit der Granalien stehen aber auch wieder in wechselseitiger
Beziehung zur erreichbaren und erwünschten Schütthöhe im Wärmeaustauscher, die ebenso
ein Maß für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses liefert.
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Wie diese Ausführungen zeigen, ist der Granulierungsprozeß von enormer
Wichtigkeit, da durch ihn mehrere in gegenseitiger Wechselbeziehung stehende und
für den gesamten Zementherstellungsprozeß außerordentlich bedeutende Faktoren günstig
beeinflußt werden können. Außerdem zeigt sich, daß mit herkömmlichen Mitteln, die
sich im Prinzip auf eine Sichtkontrolle bzw. Erfahrungstatsachen beschränken, ein
derartig verketteter Vorgang nicht optimal gesteuert. werden kann.
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Es ist das Ziel der Erfindung, das Verfahren zur Herstellung von hydraulischen
Bindemitteln, insbesondere Portlandzement, im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit zu
verbessern und eine gleichbleibende Güte des Endproduktes zu gewährleisten.
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Gemäß der Erfindung wird deshalb ein Verfahren vorgeschlagen, derart,
daß die Granalien hinsichtlich ihrer absoluten Größe und in Klassen unterteilten
Größenverteilung mittels eines Abtast-und Klassiergerätes gemessen werden und die
Klassenhäufigkeit in einem den einzelnen Größenklassen zugeordneten Klassenspeicher
zahlenmäßig aufsummiert und über einen Prozeßrechner zur Steuerung der Granalienbildung
herangezogen wird.
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Dieses Verfahren gewährleistet, daß jederzeit sowohl die absolute
Größe wie auch die Größenverteilung der Granalien im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit
und Güte des Endproduktes optimal eingehalten bzw. bei auftretenden Abweichungen
automatisch korrigiert wird.
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Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht
im wesentlichen darin, daß der einem Meßtisch zugeführte Teil der Granalien nacheinander
mittels eines optischen Systems auf einer rasterförmig angeordneten Fotozellenreihe
als Schatten abgebildet, die die Größenklasse kennzeichnende Hell-Dunkel-Grenze
elektrisch über UND-Schalter abgefragt, der Abfrageimpuls im zugeordneten Bereich
des Klassenspeichers zahlenmäßig aufsummiert, dieser in bestimmten Zeitabständen
ausgelesen und das Ergebnis den Prozeßrechnern zugeführt wird.
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Das Verfahren wird im folgenden an Hand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert.
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F i g. 1 stellt das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens dar;
F i g. 2 zeigt die Häufigkeit H in Abhängigkeit von der Größe G der Granalien (meist
asymmetrische Verteilung); F i g. 3 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Abtast-
und Klassiergerätes.
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F i g. 1 zeigt einen sogenannten Granalienteller 1, in dem die Granalien
2, wie anschließend noch näher erläutert wird, gebildet werden. Die Granalien 2
fallen in den Einlauftrichter 3 des Wärmeaustauschers bzw. Brennofens
4. Der erfindungsgemäße Zusatz besteht nun in einer Förderrinne 5 mit einem
Auffangteller 6. über die Förderrinne 5 wird ein Teil der Granalien einem Abtast-
und Klassiergerät 7 zugeführt, das in Verbindung mit dem Klassenspeicher 8 steht.
Der Klassenspeicher 8 wirkt zusammen mit dem Prozeßrechner 9 auf die Wasserzufuhr
10, die Rohmehlzufuhr 11 und die Steueranordnung 12, die aus einer Drehzahl- und
einer Neigungswinkelverstellvorrichtung für den Granalienteller 1 besteht.
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Der Granalienteller 1 hat nun die Aufgabe, aus dem ihm zugeführten
Rohmehl und Wasser Granalien zu bilden. Der Granalienteller hat eine bestimmte Neigung
und befindet sich in dauernder Drehbewegung. Er ist im Innern mit Leitblechen versehen
und bildet infolge seiner Drehbewegung aus dem mit Wasser benetzten Rohmehl die
genannten Granalien. Die absolute Größe und die Größenverteilung der Granalien lassen
sich nun in bestimmter Weise beeinflussen. Größe und Größenverteilung der Granalien
stehen einmal in Zusammenhang mit dem Verhältnis zwischen der Menge des zugeführten
Rohmehls und des Wassers und der in der Zeiteinheit überhaupt zugeführten Rohmaterialmengen.
Ferner haben die Drehgeschwindigkeit und die Neigung des Granalientellers 1 einen
Einfluß auf die Bildung der Granalien. Die Häufigkeit H in Abhängigkeit von der
Größe G der Granalien läßt sich nun durch Steuerung dieser Größen, wie in F i g.
2 durch Pfeile angedeutet, verändern. Durch Steuerung der Wasser- bzw. Rohmehlzufuhr,
der Drehgeschwindigkeit und der Neigung des Granalientellers läßt sich eine für
den Zementherstellungsprozeß optimale Häufigkeitskurve nachbilden. Zu diesem Zweck
wird ein repräsentativer Teil der den Granalienteller 1 verlassenden Granalien 2
vor dem Einlauftrichter 3 des Brennofens 4 mittels der Auffangschale 6 abgezweigt
und über eine Förderrinne 5 dem Abtast- und Klassiergerät 7 zugeführt. Dort werden
die Granalien nacheinander gemessen und im Klassenspeicher 8 zahlenmäßig aufsummiert.
Im Klassenspeicher 8 wird somit die jeweils vorhandene Häufigkeitsverteilung abgespeichert.
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In bestimmten Zeiteinheiten wird der Klassenspeicher 8 ausgelesen,
d. h. also, die -absolute Größe und die Größenverteilung der gebildeten Granalien
durch den Prozeßrechner 9 kontrolliert. Der Prozeßrechner 9 vergleicht nun die gemessene
Häufigkeitsverteilung mit der bekannten Sollwertverteilung. Bestehen gewisse Abweichungen,
so erstellt der Prozeßrechner 9 Steuerbefehle, die die Bildung der Granalien so
beeinflussen, daß die gemessene Häufigkeitsverteilung mit der Sollverteilung übereinstimmt.
Wie in F i g. 1 schematisch dargestellt, wirken die vom Prozeßrechner 9 erstellten
Steuerbefehle auf die Wasserzufuhr 10, die Rohmehlzufuhr 11 und die Steueranordnung
12 für den Granalienteller 1, durch die die Neigung und die Drehgeschwindigkeit
beeinflußt werden. Die im Abtast-und Klassiergerät 7 durchgemessenen Granalien werden
beispielsweise über eine Rinne 13 wiederum dem Einlauftrichter 3 des Wärmeaustauschers
bzw. Brennofens 4 zugeleitet.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtast- und Klassiergerätes
7 ist in F i g. 3 ausführlicher dargestellt. Die über die Förderrinne 5 dem Abtast-
und Klassiergerät zugeführten Granalien werden nacheinander einem entsprechend ausgebildeten
Meßtisch 16 zugeführt. Mit Hilfe der Lichtquelle
14, des Kondensors
15 und des Objektivs 17 wird die jeweils auf dem Meßtisch 16 liegende Granalie 2
als Schatten auf dem mit Schlitzen 20 versehenen Schirm 18 abgebildet. Hinter dem
Schirm 18 gegenüber den Schlitzen 20 sind eine Reihe Fotozellen F1 bis F4
angeordnet, deren Anzahl der Anzahl Größenklassen entspricht, in die die Granaliengrößen
aufgeteilt werden sollen.
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Im vorliegenden Falle sind vier Größenklassen I bis IV vorgesehen.
Die Fotozellen F 1 bis F 4 seien so geschaltet, daß sie nur, wenn sie unbeleuchtet
sind, d. h. also, wenn der Schatten einer Granalie auf sie fällt, ein Signal abgeben.
Die Verbindung zwischen den Fotozellen 19 und dem Klassenspeicher 8, der entsprechend
der Anzahl der Größenklassen in vier Bereiche (I) bis (IV) aufgeteilt ist, erfolgt
über die den einzelnen Klassen zugeordneten UND-Schalter A 1 bis A4.
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Die Eingänge der UND-Schalter sind folgendermaßen verschaltet: Fotozelle
F 1 ist mit Eingängen der UND-Schalter A 1 bis A 4, Fotozelle F 2
mit Eingängen der UND-Schalter A 2 bis A 4, Fotozelle F 3 mit Eingängen
der UND-Schalter A 3 und A 4 und Fotozelle F 4 mit einem Eingang des
UND-Schalters A 4 verbunden. Außerdem ist der invertierte Ausgang des UND-Schalters
A 4 mit weiteren Eingängen der UND-Schalter A 1 bis A3, der invertierte
Ausgang des UND-Schalters A 3 mit Eingängen der UND-Schalter A 1 und
A 2 und der invertierte Ausgang des UND-Schalters A 2 mit einem Eingang des
UND-Schalters A 1 verbunden.
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Es sei zunächst angenommen, auf dem Meßtisch 16 befinde sich eine
zur kleinsten Größenklasse l gehörende Granalie, die in der Figur gestrichelt dargestellt
ist. In diesem Falle ist nur die Fotozelle F 1 unbeleuchtet und gibt ein Signal
an sämtliche UND-Schalter A 1 bis A4. Da die Fotozellen F 2 und F 3 kein
Signal abgeben, sind die UND-Bedingungen der zugeordneten UND-Schalter
A 2 bis A 4 nicht erfüllt, und an deren Ausgängen ist
somit auch kein Signal vorhanden. Die Ausgänge der UND-Schalter A 2 bis
A 4 sind aber über die Inverter 12 und 13 mit weiteren Eingängen des UND-Schalters
A 1 verbunden, so daß an diesen Eingängen durch die Inversion ein Signal anliegt.
Sämtlichen UND-Schaltern wird nun über die Klemme 21 als weitere UND-Bedingung ein
Abfrageimpuls zugeführt. Im Falle der kleinsten Größenklasse I sind demnach nur
sämtliche UND-Bedingungen des UND-Schalters A 1 erfüllt, und an dessen Ausgang steht
ein Impuls, der in den Bereich (I) des Klassenspeichers 8
eingelesen und zahlenmäßig
aufsummiert wird.
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Liegt auf dem Meßtisch 16 eine Granalie der Größenklasse II, so sind
nur die beiden Fotozellen F1 und F2 unbeleuchtet und geben ein Signal ab. Die UND-Bedingungen
der UND-Schalter A 3 und A4 sind nicht erfüllt, da sie von den Fotozellen F3 und
F 4 kein Signal erhalten. Ebenso ist die UND-Bedingung des UND-Schalters A 1 nicht
erfüllt, da der Ausgang von UND-Schalter A2, an dem ein Signal ansteht, sobald
ein Abfrageimpuls zugeführt wird, über den Inverterl2 mit einem Eingang von UND-Schalter
A 1 verbunden ist. In diesem Falle wird also nur in den Bereich (II) des Klassenspeichers
8 ein Impuls eingelesen und zahlenmäßigaddiert.
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In entsprechender Weise wird ein Impuls in Bereich (III) des Klassenspeichers
8 eingelesen, wenn eine Granalie der Größenklasse III abgetastet wird.
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Wird eine Granalie abgetastet, die der größten Größenklasse IV entspricht,
so sind sämtliche Fotozellen F 1 bis F 4 unbeleuchtet und erfüllen
damit zusammen mit dem Abfrageimpuls die UND-Bedingung des UND-Schalters A 4. Es
wird ein Impuls in Bereich (IV) des Klassenspeichers 8 eingelesen. Die Inverter
I2 bis 14 verhindern einen Ausgangsimpuls an den UND-Schaltern A 1 bis
A3.
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Selbstverständlich handelt es sich bei der hier gezeigten Anordnung
nur um ein Ausführungsbeispiel, die Aufteilung in Größenklassen kann wesentlich
verfeinert und die Ansteuerung des Klassenspeichers 8 in anderer Form vorgenommen
werden.