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Verfahren zur Herstellung eines porösen, tonerde- und kieselsäurehaltigen
Gutes Um ein poröses, tonerde- und kieselsäurehaltiges Gut aus entsprechend zusammengesetzten
Rohstoffen, z. B. Ton oder Schiefer, zu gewinnen, sind nacheinander drei Verfahrensschritte
durchzuführen, nämlich Trocknung und Erhitzung, Brennen bis auf Sintertemperatur
und anschließend Abkühlung. Wie man ein solches Verfahren führt, hängt davon ab,
welche Eigenschaften man vom fertigen Gut verlangt. In den folgenden Ausführungen
sei davon ausgegangen, daß es sich um die Herstellung von granulierteni Blähton
handeln soll, der für Isolierungszwecke und als Zuschlag für Baustoffe (Zement)
besondere Bedeutung hat. Es kommt darauf an, ob man ein Gut mit geschlossener Oberfläche
der Granalien oder ein Gut erhalten will, das zwar gebläht ist, dessen Oberfläche
aber zerklüftet (porig) ist.
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Es sei mit der zweiten Gattung begonnen. Ein solches Gut kann man
erhalten, wenn man die Trocknung der Granalien so langsam durchführt, daß ein Dichttrocknen
und ein durch die eintretende Dampfspannung verursachtes Platzen der Körner vermieden
ist. Sind nämlich die Granalien bereits bei der Trocknung aufgeplatzt, so ist ein
anschließendes Blähen durch Oxydation der in den Granalien umsetzbaren Bestandteile
offensichtlich nicht mehr möglich. Die vorgoretrockneten Granalien werden dann weitererhitzt,
um sie abriebfest zu machen, und werden dann in einen Drehrohrofen eingebracht,
in dem sie in den pyroplastischen Zustand übergeführt werden, In diesem Zustand
tritt die Oxydation der gasentwickelnden Bestandteile ein, welche nunmehr die Granalien
aufblähen. Die Blähgase treten an der Oberfläche aus, da diese keine den Durchtritt
hindernde Schicht hat. Man erhält Blähton, dessen Granalien eine poröse zerklüftete
Oberfläche haben. Die in einer Veröffentlichung über dieses Verfahren gemachte Angabe,
man könne mit ihm mathematisch runde Kugeln erzeugen, ist irrig; da die Blähgase
ungehindert die Kernmasse durchdringen, ist die Voraussetzung für die Bildung von
Kugeln nicht gegeben.
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Anders liegen die Verhältnisse, wenn man Granalien mit geschlossener
Oberfläche erzielen will, die in zahlreichen Fällen einen weit wertvolleren Werkstoff
darstellen. Hier ist es erforderlich, daß sich vor der Gasentwicklung im Kominneren
auf ihm zunächst eine Glashaut bildet, die plastisch ist und den Durchtritt der
Blähgase nach außen verhindert. Die Glashaut dehnt sich beim Blähen etwa so aus
wie ein Ballon beim Füllen. Die Schwierigkeit dieses Verfahrens liegt darin, die
Glashaut zu bilden, ehe die Gasentwicklung in nennenswertem Maße einsetzt. Man hat
geglaubt, dieses Ziel dadurch, zu erreichen, daß man das granulierte Gut unmittelbar
in die heiße Flamme eingibt. In diesem Verfahren liegt aber ein Irrtum. Geht man
in dieser Weise vor, so setzt die Gasbildung bereits ein, ehe eine Glashaut hinreichender
Dicke gebildet ist; sie wird durch das gebildete Gas bereits während ihrer Entstehung
wieder zerstört.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das die Sicherheit gibt,
daß die Glashaut vor einer nennenswerten Gasentwicklung in hinreichender Stärke
gebildet ist. Das wird dadurch erreicht, daß das Rohmaterial in einer Drehtrommel
zwecks Trocknung zunächst auf etwa 800' C erhitzt wird und hiernach das getrocknete
Gut in einem Drehrohrofen bei 1100
bis 1200' C, zweckmäßigerweise zwischen
1150 und 1200' C, in einer stets auf Sintertemperatur befindlichen
Zone kurze Zeit intensiv gebrannt wird. Anschließend wird das Gut nach der Kühlung
in bekannter Weise aufbereitet.
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Wesentlich für das Verfahren gemäß der Erfindung ist, daß der Temperaturbereich
zwischen 800 und 1100 bzw. 1150' C übersprungen wird. Die allmähliche
Aufheizung von der unteren auf die obere Temperatur entfällt und damit die Möglichkeit
einer vorzeitigen Gasentwicklung. Wenn das Gut mit 8000 C
in ein Temperaturgebiet
um 1100' C kommt, bildet sich sofort eine Glashaut hinreichender Stärke,
ehe eine nennenswerte Gasentwicklung im Korn eintritt. Das Korn wird gebläht, behält
aber seine geschlossene Oberfläche. Diese ist unter Umständen rauh, was aber bei
derVerwendung des Blähgutes als Füllstoff nützlich ist, da dann der Betonschleim
besser haftet. Wichtig ist jedenfalls, daß ein Korn mit im wesentlichen geschlossener
Oberfläche entsteht.
Die Trocknung des Gutes in der ersten Erhitzungsstufe
wird zweckmäßigerweise verhältnismäßig langsam vorgenommen, da sich dies, wie man
festgestellt hat, auf die Erzielung geringer Schüttgewichte günstig auswirkt.
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Bei Anwendung einer Drehtrommel für die Trocknung wird also die Durchlaufzeit
bzw. die Umdrehungsgeschwindigkeit verhältnismäßig klein gehalten. Die Drehtrommel
muß also entsprechend groß dimensioniert sein. Selbstverständlich kann die Trocknung
auch in jeder anderen für diesen Zweck geeigneten Vorrichtung, z. B. auf einem Wanderrost
oder in einer Kammer, durchgeführt werden.
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Im Gegensatz zuder Trocknung des Gutes soll das Brennen in der zweiten
Erhitzungsstufe schnell, möglichst nicht länger als 5 Minuten ' erfolgen;
denn eine längere Einwirkung der Wärme bringt einen Verlust an Treibgas mit sich,
so daß die Schüttgewichte ansteigen, was natürlich unerwünscht ist. Ein kurzes,
aber intensives Brennen des Gutes ist besonders wichtig, um den gewünschten Effekt
zu erzielen. Dadurch wird nicht nur der Verlust an Treibgas wesentlich herabgesetzt,
sondern auch die Leistung der Anlage kann um ein Vielfaches erhöht werden. Dieser
Gesichtspunkt ist vor allem bei Tonen zu beachten, die zwar ein gutes Erweichungsverhalten
zeigen, die aber nur einen ungenügenden Betrag gasentwickelnder Beimengungen besitzen.
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Abgesehen von dem ungünstigen Einfluß, den eine längere Erhitzung
beim Brennen des Blähgutes auf dessen Schüttgewicht hat, wird hierdurch auch die
Vergasung unter Umständen zu weit getrieben, was die Festigkeitseigenschaften des
einzelnen Korns herabsetzt. Des weiteren bildet sich bei längerem Erhitzen eine
sehr glatte Oberfläche aus, was, wie sich aus vorstehendem ergibt, im Hinblick auf
die Verarbeitung des Blähgutes mit Bindemitteln unerwünscht ist; denn durch eine
glatte Oberfläche wird die Haftfestigkeit zwischen dem Korn des Blähgutes und dem
Binden-üttel vermindert.
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Das Brennen des Blähgutes erfolgt in einem Drehrohrofen, der erfindungsgemäß
stets auf Brenntemperatur, also 1100 bis 1200' C, vorzugsweise
1150 bis 1200' C, gehalten wird. Entsprechend dem oben über die Zeitdauer
in der zweiten Erhitzungsstufe Gesagten soll die Verweilzeit des Gutes in dern,
Drehrohrofen gering bzw. die Durchlaufgeschwindigkeit groß sein. Folglich können
die Abmessungen des Drehrohr- (Brenn-) Ofens im Vergleich zu der Dreh-(Trocken-)
Trommel für die erste Erhitzungsstufe klein gehalten werden. Die Durchlaufzeit kann
nicht nur vermittels der Drehgeschwindigkeit, sondern auch durch die Neigung des
Ofens reguliert werden, was natürlich auch für die Dreh- (Trocken-) Trommel gilt.
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Für das Brennen des Blähgutes kann selbstverständlich auch eine andere
geignete Vorrichtung, beispielsweise ein Schacht- oder Ringofen, benutzt werden,
wenngleich hierbei eine kontinuierliche Verfahrensführung kaum möglich ist.
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Das Blähgut wird am Ausgangsende des Drehrohr-(Brenn-) Ofens als klinkerartiges
Produkt abgezogen. Durch anschließende Abkühlung des Gutes bleibt die aufgeblähte
Form erhalten.
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Die Abkühlung kann in einer Kühltrommel, die hinter den Brennofen
geschaltet ist, erfolgen.
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Nach dem Verlassen der Kühltrommel wird der Blähton klassiert und
getrocknet. Die übergroßen Körner -werden gegebenenfalls gebrochen. Bei der Erzeugung
von Blähton spielt die Wärmewirtschaft eine besonders wichtige Rolle, da sie sich
auf die Gestehungskosten des Gutes maßgeblich auswirkt. Auch bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren finden wärmewirtschaftliche Gesichtspunkte besondere Beachtung. So wird
zunächst vorgeschlagen, daß die Abkühlung des gebrannten Gutes mit der Verbrennungsluft
für die zweite Erhitzungsstufe durchgeführt wird. Demnach wird die Verbrennungs-
(Kalt-) Luft zunächst durch die Kühltrommel, in der sich die noch glühenden Blähtonkörner
befinden, hindurchgeführt und erst hiernach dem Brenner bzw. der Feuerung für die
Brenntrommel zugeleitet.
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Die durch den Brenner, der mit Gas, öl oder Staubkohle gespeist
werden kann, erzeugte Flamme ergibt innerhalb der Brenntrommel eine Temperatur,
die auf der gesamten Länge des Brennofens nahezu gleichbleibt, so daß bei einer
Brenntemperatur von beispielsweise 1200' C die Abgase beim Verlassen des
Brennofens noch eine Temperatur von 1100' C
haben.
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Diese heißen Abgase werden, wie die Erfmdung weiter vorschlägt, zur
Aufheizung des Gutes in der ersten Erhitzungs- (Trocknungs-) Stufe verwendet. Die
Temperatur kann dabei durch Beimischung von Kaltluft zu den heißen Abgasen aus der
ersten Erhitzungsstufe, gegebenenfalls unter Benutzung eines Ventilators, reguliert
werden, so daß das so erhaltene Luftgemisch das Rohprodukt auf die gewünschte Temperatur,
im allgemeinen auf etwa 800' C oder eine hierunter liegende Temperatur erhitzt.
Während des Durchgangs durch die Dreh- (Trocken-) Trommel kühlt sich das Luftgemisch
stark ab. Die Restwärme des die Dreh- (Trocken-) Trommel verlassenden
Ab-
gases kann gegebenenfalls zur Trocknung des Rohprodukts noch vor der Aufbereitung
oder für andere Zwecke verwendet werden.
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Die vorstehend beschriebene Führung des Luft-bzw. Gasstroms gewährleistet
einen besonders wirtschaftlichen Wärmehaushalt bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Nachstehend sind einige Beispiele angegeben, welche die fortschrittliche
Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem bisher bekannten Verfahren
zur Erzeugung von Blähton an Hand der Eigenschaften des in den verschiedenen Fällen
erhaltenen Blähprodukts wiedergeben sollen.
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Beispiel 1
Ein granuliertes Tonprodukt wurde langsam von 20
auf 1200' C erhitzt. Es wurde hierbei kein Aufblähen des Rohprodukts beobachtet;
das Schüttgewicht lag bei 850 g/l.
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Beispiel 2 Vorgetrocknete Tongranalien wurden einer Ofentemperatur
von 1150'C ausgesetzt und innerhalb etwa 10 Minuten auf
1200'C erhitzt. Das aufgeblähte Produkt besaß ein Schüttgewicht von
520 g/l. Beispiel 3
Ein granulierter, vorgetrockneter Ton wurde einer
Ofentemperatur von 1150' C ausgesetzt und schnell, d. h. innerhalb
von 5 Minuten, auf 12000 C erhitzt. Es wurde ein äußerst starkes Aufblähen
des Gutes beobachtet, so daß das Schüttgewicht des Fertigprodukts bei
350 gll lag.
Das Korn besaß eine geschlossene Außenhaut sowie
eine rauhe Oberfläche und ein gleichmäßiges, festes Porengefüge.
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Die in diesem Beispiel geschilderte Arbeitsweise entspricht dem erfindungsgemäßen
Verfahren. Beispiel 4 Vorgetrocknete Tongranalien wurden einer Ofentemperatur von
950' C ausgesetzt und innerhalb etwa 25 Minuten - also mit
einer dem herkömmlichen Drehofenverfahren etwa entsprechenden Verweilzeit
- auf 1250' C erhitzt. Das Ergebnis war ein gutes Aufblähen zu einem
Schüttgewicht von 380 g/l. Die Kornummantelung war jedoch sehr dünn und damit
die Kornfestigkeit vermindert. Die Kornhaut war glasig gebrannt, also sehr glatt.
Die Körner waren teilweise miteinander zu traubenartigen Klumpen verwachsen und
klebten an der Ofenplatte fest.
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In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist eine Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens in zwei Ausführungsformen schematisch dargestellt.
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Die Anlage umfaßt die Dreh- (Trocken-) Trommel 1,
den Drehrohr-
(Brenn-) Ofen 2 und die Dreh- (Kühl-) Trommel 3. Am Eingangsende der Drehtrommel
1 ist der Fülltrichter 4 mit dem Füllstutzen 5 für das Rohrprodukt
vorgesehen. Das Gebläse 6 am Abgabeende der Drehtrommel 1 saugt Kaltluft
an, die den über die Leitung 7 von dem Brennofen 2 der Trockentrommel
1 zugeführten Abgasen beigemischt wird.
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Zwischen dem Abgabeende der Trockentrommel 1
und dem Eingangsende
des Drehrohrofens 2 ist eine Förderverbindung 8 für das Gut vorgesehen.
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Die Förderverbindung 9 zwischen dem Abgabeende des Drehrohrofens
2 und dem Eingangsende der Kühltrommel 3 dient der Weiterleitung des Brenngutes
aus dem Ofen 2 in die Trommel 3.
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In die öffnung des Abgabeendes des Drehrohrofens 2 ragt der Brenner
10 hinein, der mit öl, Gas oder Staubkohle gespeist werden kann.
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Den Trommeln 1, 2 und 3 wird die Drehbewegung jeweils
über die Zahntriebe 11, ll, lt' vermittelt, die jeweils die Zahnkränze
12, 12', 12" auf dem Trommelumfang kämmen. Die Trommeln 1, 2, 3 rollen
jeweils auf den Lagern 13, 13', lY' ab.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Drehrohr- (Brenn-)
Ofen 2 gegenüber der Dreh-(Trocken-) Trommel 1 tiefer angeordnet, was naturgemäß
den Materialfluß erleichtert. Die beiden Trommeln können aber auch koaxial zueinander
angeordnet sein bzw. in jeder beliebigen Richtung zur Längs- bzw. Querachse der
Dreh- (Trocken-) Trommel 1.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Drehrohrofen 2 kleiner
dimensioniert als die Drehtrommel 1. Dies ist deshalb möglich, weil die Verweilzeit
des Gutes in dem Drehrohrofen 2 kleiner ist als in der Drehtrommel 1. Demgemäß
ist auch die Neigung des Drehrohrofens 2 gegen die Horizontale stärker als diejenige
der Drehtrommel 1.
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Da die Temperatur in der Dreh- (Trocken-) Trommel 1 erfindungsgemäß
unterhalb der Blähtemperatur, also im allgemeinen bei etwa 800' C oder einer
tieferen Trocknungstemperatur liegt, braucht die Trommel auf der Innenseite nicht
mit einer Schamottierung versehen zu sein, die sehr teuer und gegenüber korrodierenden
Einflüssen sehr anfällig wäre. Es genügt, wenn die Trommel mit einer billigen, jederzeit
zugänglichen Außenisolierung versehen ist. Durch die verhältnismäßig kleine Dimensionierung
des Brennofens 2, dessen Größe unter Umständen nur ein Viertel der Drehtrommel
1 zu betragen braucht, wird eine bedeutende Ersparnis an dem für die Innenauskleidung
benötigten feuerfesten Baustoff (Schamotte) erzielt. Dies ist auch für die von Zeit
zu Zeit erforderliche Reparatur bzw. Erneuerung der Auskleidung von Vorteil.
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Nachstehend sei nochmals zusammenfassend die Arbeitsweise der Anlage
für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
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Das dem Eingangsende der Trommel 1 über den Fülltrichter4 bzw.
den Stutzen5 zugeführte, granulierte Rohprodukt wird beim Durchlaufen der Trommel
1 aufgeheizt, und zwar auf eine Temperatur, die unterhalb der Blähtemperatur
liegt. Dabei wird das Gut getrocknet. In der Drehtrommel 1 läuft demnach
die erste Erhitzungsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ab. Die Aufheizung des
Gutes erfolgt hierbei durch die heißen Abgase aus dem Drehrohrofen 2. Da diese eine
Temperatur von etwa 1100' C aufweisen, müssen sie vor ihrem Einleiten in
die Drehtrommel 1 durch Vermischen mit Kaltluft, die über das Gebläse
6 regulierbar zugeführt wird, abgekühlt werden.
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Zur Einführung der Kaltluft in die Trockentrommel 1 kann an
deren Eingangsende auch ein Exhaustor 14 vorgesehen sein. Zur Regulierung der Kaltluftmenge
ist in der am Ausgangsende der Trommel 1
angeordneten Eintrittsleitung
15 für die Kaltluft ein Schieber 16 vorgesehen. Der Exhaustor 14 kann
auch genauso mit einem Gebläse 6 arbeiten. Das getrocknete Gut gelangt aus
der Drehtrommel 1 über die Fördervorrichtung 8 in den stets auf Sintertemperatur
befindlichen Drehrohrofen 2. Dieser wird durch den Brenner 10 aufgeheizt.
In dem Brennofen 2 findet demnach die zweite Erhitzungsstufe des Verfahrens nach
der Erfindung statt.
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Das gebrannte, klinkerartige noch heiße Brenngut kommt dann über die
Fördervorrichtung 9 in die Kühltrommel 3. Hier gibt das heiße Gut
seine Wärme an die Verbrennungskaltluft ab, die der Kühltrommel 3 in Pfeilrichtung
zugeführt wird.
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Nach dem Verlassen der Kühltrommel 3 wird das Gut klassiert
und das überkom gegebenenfalls gebrochen.