DE1471380C

DE1471380C - Method and device for the manufacture of expanded clay m a shaft furnace

Info

Publication number: DE1471380C
Authority: DE
Inventors: P Dr 4740 Oelde Ritz mann H Dr Mollenkopf H 4723 Neu beckum Weber
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Publication date: 1972-09-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blähton, bei dem das Material zunächst in einer Vorwärmzone getrocknet und bis knapp unter die Blähtemperatur vorgewärmt wird, dann in einer gesonderten Blähzone erhitzt und dadurch gebläht und schließlich in einer Kühlzone wieder abgekühlt wird.The invention relates to a method for producing expanded clay, in which the material is initially in dried in a preheating zone and preheated to just below the expansion temperature, then in a heated in a separate expansion zone and thereby expanded and finally cooled again in a cooling zone will.

Bei schneller Erwärmung nimmt Ton wesentlich an Rauminhalt zu und erhält poröses, blasiges Gefüge, das seine Verwendung als Isolier- und Füllstoff ermöglicht. Der Blähton soll im allgemeinen möglichst großen inneren Porenraum, jedoch eine möglichst geschlossene Oberfläche aufweisen, damit keine Feuchtigkeit in die Poren eindringen kann.When heated quickly, clay increases in volume considerably and acquires a porous, blistered structure, which enables it to be used as an insulating and filler material. The expanded clay should generally be as possible large inner pore space, but as closed a surface as possible, so none Moisture can penetrate the pores.

Es ist bekannt, Blähton im Drehrohrofen herzustellen, wobei das Rohmaterial beim Durchwandern des Ofens kontinuierlich erhitzt wird. Die Aufenthaltszeiten des Gutes in der Vorwärmzone des Drehrohrofens einerseits und in der Blähzone des Ofens andererseits lassen sich dabei nicht unabhängig voneinander wählen. Es zeigt sich in der Praxis, daß es auf diese Weise bei den verschiedenartigen Ausgangsmatcrialien nicht in jedem Falle möglich ist, ein optimal geblähtes Produkt zu erzeugen.It is known to produce expanded clay in a rotary kiln, with the raw material moving through of the furnace is continuously heated. The residence times of the goods in the preheating zone of the rotary kiln on the one hand and in the expansion zone of the furnace on the other hand cannot be independent of one another Select. It has been shown in practice that this is the case with the various starting materials it is not always possible to produce an optimally expanded product.

Zur Herstellung von Blähton ist es ferner bekannt, das Material in einem Schacht vorzuwärmen und es dann in einem Tunnelofen auf Blähtemperatur zu erhitzen. Das vorgewärmte Material fällt hierbei auf eine rotierende Bodenplatte des Tunnelofens und wird durch diese Bodenplatte bei ihrer Drehbewegung in den Bereich von ortsfest angeordneten Brennern geführt, ehe es bei der weiteren Drehung dann durch eine Förderschnecke von der Bodenplatte abgezogen wird. Nachteilig ist bei diesem Verfahren vor allem, daß das auf die Bodenplatte aufgeschüttete Material in seiner Ober- und Unterschicht nicht gleichmäßig erhitzt und demgemäß auch nicht annähernd gleichmäßig gebläht wird. Ungünstig für den Bläheffekt ist ferner die verhältnismäßig lange Zeitdauer, bis das Material bei der Drehbewegung der Tunnelofen-Bodenplatte die Hochtemperaturzone erreicht. Ein Nachteil liegt schließlich darin, daß die geblähten, noch Schmelzphase enthaltenden Materialteilchen durch die Förderschnecke in einer wenig schonenden Weise aus der Blähzone abgezogen werden, was die Produktqualität beeinträchtigt.For the production of expanded clay, it is also known to preheat the material in a shaft and it then to be heated to expansion temperature in a tunnel oven. The preheated material is noticeable here a rotating base plate of the tunnel kiln and is rotated by this base plate in guided the area of fixedly arranged burners before it then through the further rotation a screw conveyor is withdrawn from the base plate. The main disadvantage of this process is that that the material poured onto the base plate is not uniform in its upper and lower layers is heated and therefore not nearly evenly expanded. Is unfavorable for the swelling effect Furthermore, the relatively long time it takes for the material to move during the rotary movement of the tunnel furnace base plate reached the high temperature zone. Finally, a disadvantage is that the distended, material particles still containing the melt phase are carried out by the screw conveyor in a less gentle manner Wise be withdrawn from the expansion zone, which affects the product quality.

Es sind ferner verschiedene Verfahren zur Herstellung yqnJBlähton _f in einem, Schachtofen bekannt.There are also various methods known for the preparation yqnJBlähton _f in one, the shaft furnace.

Bei einem bekannten Verfahren werden die Tonpartikel in der Weise vorgewärmt und auf Blähtemperatur erhitzt, daß sie einer nach unten gerichteten Flamme zugeführt werden, durch die sie von oben nach unten hindurchsclweben, wobei darauf geachtet werden muß, daß"aie^!'Güfteil'chen^J'"genäü durch' die Mitte der Flamme hindurchtreten. Der obere Teil der Flamme bildet hierbei die Vorwärmzone und der untere Teil der Flamme die Feuerungszone. Die beiden Zonen gehen ineinander über; die Aufenthaltsdauer des Gutes in diesen beiden Flammenzonen kann nicht unabhängig voneinander gewählt werden. Berücksichtigt man, daß die zur Blähtonherstellung verwendeten Materialien häufig eine recht unterschiedliche Blähtemperatur besitzen und auch wegen ihres verschiedenen Feuchtigkeitsgehaltes oft eine unterschiedliche Vorwärmung erfordern, so leuchtet ohne weiteres ein, daß bei dem bekannten Verfahren nicht auszuschließen ist, daß einzelne Gutteilchen die Blähzone der Flamme in einem noch nicht ausreichend vorgewärmten Zustand oder bereits stark überhitzt erreichen.In a known method, the clay particles are preheated and heated to expansion temperature in such a way that they are fed to a downwardly directed flame through which they weave from top to bottom, taking care to ensure that "aie ^! "Güfteil'chen ^J pass '"exactly through' the center of the flame. The upper part of the flame forms the preheating zone and the lower part of the flame the firing zone. The two zones merge into one another; the length of time the goods remain in these two flame zones cannot be selected independently of one another. If one takes into account that the materials used for the production of expanded clay often have a very different expansion temperature and also often require different preheating because of their different moisture content, it is obvious that with the known method it cannot be ruled out that individual good particles in the expansion zone of the flame a condition that has not yet been sufficiently preheated or is already very overheated.

Bei der Herstellung von Blähton in einem Schachtofen ist es ferner bekannt, die Vorwärmung des Materials in einem Zuführungskanal zum eigentlichen Schachtofen durchzuführen. Ebenso ist es bekannt, die Vorwärmung in einem mit Einbauten versehenen Schachtteil vorzunehmen. In beiden Fällen ist jedoch die Qualität des Blähtones insbesondere bei Schwankungen des Rohmaterials unbefriedigend.In the production of expanded clay in a shaft furnace, it is also known to preheat the Carry out material in a feed channel to the actual shaft furnace. It is also known carry out the preheating in a shaft section provided with fixtures. In both cases, however, is the quality of the expanded clay is unsatisfactory, especially when there are fluctuations in the raw material.

Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, Blähton in der Weise nach dem Wirbelschichtverfahren herzustellen, daß das vorerhitzte Gut mittels einer Förderschnecke in die auf Blähtemperatur befindliche unterste Zone der Wirbelschicht eingeführt wird, wobei die Wirbelschicht unmittelbar vom heißen Gasstrom getragen und das fertig geblähte Gut durch den heißen Gasstrom ausgetragen wird, der nach Abtrennung der fertig geblähten Teilchen zur VorerhitzungIt has also already been proposed to use expanded clay in the manner according to the fluidized bed process produce that the preheated material by means of a screw conveyor into the swelling temperature located lowest zone of the fluidized bed is introduced, the fluidized bed directly from the hot gas stream carried and the finished expanded material is discharged by the hot gas flow, which after separation of the ready-expanded particles for preheating

des Frischgutes dient. Es zeigt sich jedoch, daß bei dem Verfahren nach diesem älteren Vorschlag sowohl das Einführen des vorerhitzten Gutes in die Blähzone als auch das Abführen des geblähten Gutes aus dieser Zone eine verhältnismäßig lange Zeitdauer erfordern, _Was — wie im folgenden noch näher erläutert wird — die Erzielung eines optimal geblähten Produktes beeinträchtigt. of the fresh produce. It is found, however, that in the method according to this prior proposal, both the introduction of the preheated material require in the swelling region and the discharge of the blown material from this zone, a relatively long period of time, _W as - is explained in more detail in the following - the Achieving an optimally puffed product is impaired.

Auf einem anderen technischen Gebiet, nämlich bei der Entsäuerung bzw. Kalzinierung von Kalk, Tonerde und ähnlichen Stoffen, ist ferner die Verwendung von Schachtöfen bekannt, bei denen die Vorwärmzone, die Kalzinierzone und die Kühlzone jeweils durch Wirbelschichten gebildet werden, wobei das Gut nach der Behandlung in einer Wirbelschicht durch Fallrohre in die darunterliegende nächste Wirbelschicht gelangt. Bei diesen Verfahren kommt es jedoch im wesentlichen nur auf die Wärmeübertragung in den einzelnen Behandlungszonen an, während die Art der Überführung des Materials von der einen in die nächste Zone praktisch ohne Bedeutung ist.In another technical area, namely in the deacidification or calcination of lime, Clay and similar materials, the use of shaft furnaces is also known in which the The preheating zone, the calcining zone and the cooling zone are each formed by fluidized beds, with the material after treatment in a fluidized bed through downpipes into the next fluidized bed below got. In these processes, however, all that matters is essentially heat transfer in the individual treatment zones, while the method of transferring the material from one to the next zone is practically insignificant.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von besonders hochwertigem Blähton ermöglicht.The invention is now based on the object of creating a method that enables the production of particularly high-quality expanded clay.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Material in einem Schachtofen durch eine Fallbewegung aus der im oberen Bereich des Ofens liegenden Vorwärmzone sprunghaft in die darunterliegende Blähzone und aus dieser sprunghaft in die*darunterliegende Kiihlzone führt.According to the invention, this object is achieved in that the material is placed in a shaft furnace by falling motion from the preheating zone in the upper area of the furnace into the underlying inflation zone and from this leaps and bounds into the underlying cooling zone.

Für die Herstellung eines guten Blähtones ist es wesentlich, daß in der Temperaturzone, in der die zur Blähung führende Gasentwicklung stattfindet, bereits genügend S.chmelzphase vorhanden ist, die dieFor the production of a good expanded clay, it is essential that in the temperature zone in which the gas development leading to flatulence takes place, there is already enough melt phase to support the

"' ⁿ Abdichtung 'dVr'-gebiähteV Teilchen nach aü&en bewirkt. Bei den der Erfindung- zugrunde liegenden Versuchen hat sich, nun herausgestellt, daß sich dieses Ziel am besten dadurch erreichen läßt, daß das bis knapp unter die Blähtemperatur vorgewärmte Material sprunghaft in die Blähzone und aus dieser sprunghaft in die Kühlzone geführt wird. Nur eine solche kurzzeitige Hochtemperaturbehandlung gewährleistet nämlich, daß die Gasentwicklung im Blähgut nicht wesentlich schneller als die Entwicklung der Schmelzphase vor sich geht.Causes "^'nsealing'dVr'-gebiähteV particles to Aue & en. For the Erfindung- underlying experiments, it has now been found that this object can be achieved best by the fact that the to just preheated below the expansion temperature material by leaps and bounds in the This is because only such a short-term high-temperature treatment ensures that the development of gas in the expandable material does not proceed significantly faster than the development of the melt phase.

Die erwähnte sprunghafte Überführung des Gutes von der Vorwärmzone in die Blähzone und aus dieser in die Kühlzone erfolgt erfindungsgemäß durch eine reine Fallbewegung in dem vertikalen Schachtofen.The abrupt transfer of the goods from the preheating zone into and out of the expansion zone According to the invention, into the cooling zone takes place by a pure falling movement in the vertical shaft furnace.

Gegenüber anderen Förderarten gibt eine solche Fallbewegung nicht nur die kürzestmögliche Übergangs^ zeit von einer Zone zur nächsten, sondern zugleich auch eine sehr schonende Materialbehandlüng, bei der Verformungen, Anbackungen und Agglomeratbildungen der weichen bzw. teilweise schmelzflüssigen Teilchen vermieden werden.Compared to other types of funding, such a falling movement not only gives the shortest possible transition ^ time from one zone to the next, but at the same time also a very gentle material treatment, in which Deformations, caking and agglomeration of the soft or partially molten particles be avoided.

Zwei Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigtTwo exemplary embodiments of devices for carrying out the method according to the invention are illustrated in the drawing. It shows

F i g. 1 einen Schachtofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Variante,F i g. 1 a shaft furnace to carry out the Method according to the invention according to a first variant,

F i g. 2 einen Schachtofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten ¹S Variante.F i g. 2 a shaft furnace for carrying out the method of the invention according to a second ¹ S variant.

Der in F i g. 1 dargestellte Schachtofen 1 weist in seinem oberen Bereich eine Vorwärmzone auf, die aus drei übereinander angeordneten Wirbelbetten 2, 3, 4 besteht, die mit Durchbrüchen 2 a, 3 a, 4 a *° zum Luftdurchtritt versehen sind und Fallrohre 5, 6,7 aufweisen, über die das Material nach unten gefördert wird.The in F i g. 1 shown shaft furnace 1 has in its upper area a preheating zone, which consists of three superimposed fluidized beds 2, 3, 4, which are provided with openings 2 a, 3 a, 4 a * ° for air passage and downpipes 5, 6,7 have, over which the material is conveyed downwards.

Der Schachtofen 1 enthält ferner unter der Vorwärmzone eine Blähzone 8, die an ihrem Umfang mit einer Anzahl von Brennern 9 versehen ist. Die Brenner können mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beschickt werden.The shaft furnace 1 also contains an expansion zone 8 below the preheating zone, which on its circumference is provided with a number of burners 9. The burners can be solid, liquid or gaseous Fuels are charged.

Im untersten Bereich des Schachtofens 1 befindet sich ein die Kühlzone bildendes Wirbelbett 10, das gleichfalls Durchbrüche 10 α zum Luftdurchtritt aufweist. In the lowermost area of the shaft furnace 1 there is a fluidized bed 10 which forms the cooling zone and which also has openings 10 α for air to pass through.

Das Material wird über eine beispielsweise als Siebkneter ausgebildete Vorrichtung 11 dem Schachtofen aufgegeben und verläßt den Ofen über einen Austrag 12. Kühlluft wird über einen Ventilator 13 angesaugt, während die Heizgase über einen Ventilator 14 am oberen Ende des Schachtofens abgesaugt werden.The material is fed to the shaft furnace via a device 11 designed, for example, as a sieve kneader abandoned and leaves the furnace via a discharge 12. Cooling air is via a fan 13 sucked in, while the heating gases sucked off via a fan 14 at the upper end of the shaft furnace will.

Die Wirkungsweise der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Anlage ist folgendermaßen: The mode of operation of the plant operating according to the method according to the invention is as follows:

Das am oberen Ende des Schachtofens 1 aufgegebene Material wird in der durch die Wirbelbetten 2, 3 und 4 gebildeten Vorwärmzone zunächst getrocknet und bis auf eine knapp unterhalb der Blähtemperatur liegende Temperatur erwärmt. In den einzelnen Wirbelschichten der Vorwärmzone hält sich das Material dabei so lange auf, bis es durch Trocknung genügend leicht geworden und an die Oberfläche der Wirbelschicht gestiegen ist, so daß es durch das betreffende Fallrohr 5 bzw. 6 in die nächste Schicht gefördert wird. .The material deposited at the upper end of the shaft furnace 1 is in the by the fluidized beds 2, 3 and 4 formed preheating zone initially dried and down to just below the swelling temperature lying temperature warmed. Holds itself in the individual fluidized beds of the preheating zone keep the material on until it has become sufficiently light through drying and to the surface the fluidized bed has risen, so that it is through the downpipe in question 5 or 6 in the next Layer is promoted. .

Nach dem Verlassen der untersten Wirbelschicht der Vorwärmzone gelangt das Material' über das Fallrohr 7 in die Blähzone, die von den heißen Flamme""3sen der Brenner 9 durchströmt wird. Das Material kommt hierbei in eine kurzzeitige, jedoch intensive Berührung mit den heißen Flammengasen und wird dadurch schnell und gleichmäßig aufgebläht. After leaving the lowest fluidized bed of the preheating zone, the material passes through the Downpipe 7 into the expansion zone through which the hot flame "" 3sen of the burner 9 flows. The The material comes into brief but intensive contact with the hot flame gases and is thereby inflated quickly and evenly.

Anschließend fällt es auf das Wirbelbett 10, wo es durch die vom Ventilator 13 angesaugte, den Brennern 9 als Sekundärluft zuströmende Kühlluft rasch gekühlt wird, ehe es den Schachtofen 1 über den Austrag 12 verläßt.It then falls onto the fluidized bed 10, where it is sucked in by the fan 13, the burners 9 cooling air flowing in as secondary air is rapidly cooled before it passes through the shaft furnace 1 Exit 12 leaves.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Schachtofen 1' wird die Vorwärmzone durch eine Anzahl von übereinander angeordneten Herden 15, 16, 17, 18 gebildet, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten mit Fallöchem (z. B. 15 a, 16 a) für das Material versehen sind. Über den Herden bewegen sich rotierende Krählarme 19, 20, 21, 22, die an einer gemeinsamen Hauptwelle 23 sitzen. Diese Hauptwelle 23 ist in Lagern 24, 25 gelagert und wird über einen Ritzeltrieb 26 angetrieben.In the case of the FIG. Shaft furnace 1 'shown in FIG. 2, the preheating zone is formed by a number of ovens 15, 16, 17, 18 which are each provided on opposite sides with drop holes (e.g. 15 a, 16 a) for the material. Rotating rake arms 19, 20, 21, 22, which are seated on a common main shaft 23, move above the herds. This main shaft 23 is supported in bearings 24, 25 and is driven via a pinion drive 26.

Die Blähzone des Schachtofens wird durch ein Wirbelbett 27 gebildet, das mit Durchbrüchen 27 a zum Durchtritt der Heizgase versehen ist. Unterr halb des Wirbelbettes 27 sind Brenner 28 vorgesehen. Weitere Brenner 28 a, 28 b können oberhalb des Wirbelbettes 27 angeordnet werden. Die Verbrennung kann dabei in der sich auf dem Wirbelbett 27 bildenden Wirbelschicht oder außerhalb erfolgen. Zum Austrag des Materials aus der Wirbelschicht sind am Rand des Schachtofens Fallrohre 29 vorgesehen.The expansion zone of the shaft furnace is formed by a fluidized bed 27 which is provided with openings 27 a for the passage of the heating gases. Burners 28 are provided below the fluidized bed 27. Further burners 28 a, 28 b can be arranged above the fluidized bed 27. The combustion can take place in the fluidized bed forming on the fluidized bed 27 or outside. Downpipes 29 are provided on the edge of the shaft furnace to discharge the material from the fluidized bed.

Die im unteren Bereich des Schachtofens vorhandene Kühlzone wird ebenso wie bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel durch ein Wirbelbett 10 gebildet, das mit Durchbrüchen 10 α für die vom Ventilator 13 angesaugte Kühlluft versehen ist. Die Heizgase werden am oberen Ende des Schachtofens durch den Ventilator 14 abgesaugt. Die Zugabe des Materials erfolgt am oberen Ende des Schachtofens über eine Absperrvorrichtung 30. Das Material verläßt den Schachtofen über den Austrag 12.The cooling zone present in the lower region of the shaft furnace is formed, as in the exemplary embodiment explained above, by a fluidized bed 10 which is provided with openings 10 α for the cooling air sucked in by the fan 13. The heating gases are sucked off by the fan 14 at the upper end of the shaft furnace. The material is added at the upper end of the shaft furnace via a shut-off device 30. The material leaves the shaft furnace via the discharge 12.

Die Wirkungsweise der Anlage gemäß F i g. 2 ist folgendermaßen: Auf den Herden 15, 16, 17 und 18 wird das Material getrocknet und bis knapp unter die Blähtemperatur erwärmt, wobei es gleichzeitig durch die rotierenden Krählarme 19, 20, 21 und 22 mechanisch aufgelockert wird.The mode of operation of the system according to FIG. 2 is as follows: On herds 15, 16, 17 and 18 the material is dried and heated to just below the swelling temperature, whereby it through at the same time the rotating rake arms 19, 20, 21 and 22 is loosened mechanically.

Das Material gelangt dann in die Blähzone und wird auf dem Wirbelbett 27 durch die heißen· Flammengase der Brenner 28 stark gebläht. Dabei befinden sich die weniger geblähten, schweren Teilchen des Materials zunächst im unteren Bereich der Wirbelschicht und werden mit zunehmender Blähung nach oben getragen, bis sie schließlich über die Fallrohre 29 in die Kühlzone gelangen. In dieser Kühlzone werden sie auf dem Wirbelbett 10 rasch abgekühlt und verlassen dann den Schachtofen über den Austrag 12.The material then reaches the expansion zone and is on the fluidized bed 27 by the hot · Flame gases from the burner 28 are greatly expanded. This is where the less distended, heavy particles are located of the material initially in the lower area of the fluidized bed and with increasing flatulence carried upwards until they finally reach the cooling zone via the downpipes 29. In this cooling zone they are quickly cooled on the fluidized bed 10 and then leave the shaft furnace the discharge 12.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of expanded clay, in which the material is first placed in a preheating zone dried and preheated to just below the swelling temperature, then in a separate one. The expansion zone is heated and thereby expanded and finally cooled down again in a cooling zone, characterized in that the material is placed in a shaft furnace by a falling movement " from the preheating zone in the upper area of the furnace into the one below Expansion zone and from this suddenly leads into the cooling zone below.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the material in the preheating zone, the heating of the material in the expansion zone and / or the cooling of the material take place in the cooling zone according to the fluidized bed process.

3. The method according to claim 1, characterized in that the material is in the expansion zone free fall fails.

4. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the material in the preheating zone on individual stoves arranged one above the other with simultaneous movement takes place through mechanical organs.

5. The method according to claim 1, characterized in that the fuel is in solid form is abandoned.

6. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized by a shaft furnace (1), which has some fluidized beds forming the preheating zone in the upper area (2, 3, 4) and in the lower area a fluidized bed (10) forming the cooling zone and between These two zones contain a space provided with burners (9) and forming the expansion zone.

7. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized by a shaft furnace (1), which in the upper area has some flocks (15, 16, 17, 18) forming the preheating zone with rotating rake arms (19, 20, 21, 22) and in the lower area has a fluidized bed (10) forming the cooling zone and in which the intermediate expansion zone contains a fluidized bed (27) with burners (28, 28 a, 286) arranged below and / or above.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings