DE19545188A1

DE19545188A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Pellets bzw. Formlingen aus Mineralschaum bei Blähtemperaturen im Bereich von 1000 Grad C bis 1300 Grad C

Info

Publication number: DE19545188A1
Application number: DE1995145188
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Niedner; Matthias Dipl Ing Franke; Bernd Lehmann
Original assignee: TECHNUM INST DR NIEDNER fur T
Current assignee: TECHNUM INST DR NIEDNER fur T
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1997-06-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Pellets und anderen Formlingen aus Mineralschaum, insbesondere von Mineralschaum-Pellets bzw. -Formlingen mit einem besonders günstigen Verhältnis zwischen Korngröße, Rohdichte bzw. Schütt gewicht einerseits und Druckfestigkeit andererseits und einer Vorrichtung zur Herstellung dieser Pellets bzw. Formlinge, wobei die Gemengebildung zur Durchführung des Verfahrens in Abwesenheit von Wasserglas und in Abwesenheit eines organischen, in Wasserglas gelösten Blähmittels und die Bildung von Pellets bzw. Formkörpern mit Hilfe eine Zusatzes von Wasser erfolgt und wobei Blähtemperaturen im Bereich von 1000°C bis 1300 °C, vorzugsweise im Bereich von 1100°C bis 1250°C zur Anwendung kommen.

Leichte Mineralschäume mit hoher Porosität (Rohdichten um 300 g/l und darunter) werden nach dem Stand der Technik aus Altglas oder eigens für die Herstellung von Mineralschaum erschmolzener Glasfritte als Hauptausgangsmaterial hergestellt.

Diese bekannten, zu über 90 Gewichts-% auf dem Rohstoff Glas basierten Mineralschäume können bei Temperaturen um 800°C geschäumt werden. Bei diesen Temperaturen verläuft der Prozeß ohne besondere Komplikationen, da das Blähmittel ohne Schwierigkeiten kontrollierbar ist und dadurch so, wie geplant, zur Wirkung kommt, weil die Viskosität der Matrix und der Partialdruck des freigesetzten Schäumgases noch in einem Bereich sind, in dem deren Wirkung in Abhängigkeit von der Temperatur nach dem Stand der Technik beherrschbar ist. Eine unerwünschte Entgasung des Produktes durch Überhitzung mit der Folge der Bildung großer Poren, die unerwünscht ist, kann bei diesen Temperaturen und mit den bekannten Verfahren und den bekannten Vorrichtungen nach dem bekannten Stand der Technik zuverlässig vermieden werden.

Im Gegensatz hierzu geht bei Mineralschäumen, bei denen wegen der hohen Schmelz temperaturen, bedingt durch ihren geringen Anteil an Flußmittel in der Rezeptur, insbesondere an Glas, die Blähtemperaturen bei über 1000°C liegen, beim Blähen häufig die Bildung von Riesenporen durch "Auskochen" einher, wodurch die Druckfestigkeit des Produktes negativ beeinflußt wird.

Schwere Mineralschäume mit niedriger Porosität (Rohdichten um 400 g/l und darüber) kennt die Technik z. B. als Blähton.

Blähton wird bei Temperaturen um 1200°C gebläht. Die Herstellung ist aber gut beherrschbar, weil es sich um einen Prozeß der kerarnischen Technologie und nicht um einen von Rohstoff her basierten Produktionsprozeß der Glas-Technologie handelt. Der Prozeß zur Herstellung von Blähton läuft also nicht im schmelzfeuchten Bereich ab. Auch ist das Produkt Bälhton, das keine dem Mineralschaum vergleichbare Porenstrukur hat und offenporig ist, ein anderes Produkt als überwiegend amorpher, geschlossenporiger Mineralschaum.

Blähton ist als Leichtbaustoff aus der Sicht der Wärmedämmung jedoch im Vergleich zu Mineralschaum kein gleichwertiges Produkt. Blähton nimmt bei der Verarbeitung z. B. zu Betonsteinen und auch im späteren Gebrauch in unerwünschter Weise Wasser auf, wodurch insbesondere die Wärmedämmeigenschaften der Produkte aus Blähton leiden.

Gegenstand der Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung eines leichten und geschlossenporigen Mineralschaumes, der Blähton in seinen Eigenschaften aus der Sicht der Bauwirtschaft übertrifft.

Prozesse, die im schmelzfeuchtem Bereich überwiegend amorphe und geschlossenporige Mineralschäume unter Verwendung von Rezepturen herstellen, die eine Blähtemperatur im Bereich vom 1000°C bis 1300°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 1100°C und 1250°C erfordern, konnten bisher in der Technik nicht realisiert werden, weil sie bei der Anwendung der bekannten Verfahren apparativ nicht beherrscht werden konnten.

Es wurde z. B. zur Umgehung der werkstofftechnologischen Grenzen vorgeschlagen, durch erhebliche Beigaben von Flußmitteln zur Rezeptur, insbesondere durch Beigabe von Wasserglas, Bedingungen zu schaffen, bei denen der Blähvorgang auch bei niedrigeren Temperaturen stattfinden kann. Dadurch sollen die apparativen Hürden verkleinert werden.

So wurde z. B. vorgeschlagen (Neue Europäische Patentschrift 0010069 B2) eine dünnflüssige Paste aus
100 Gewichtsteilen Wasser
32 Gewichtsteilen Wasserglas
4 Gewichtsteilen Glycerin
15 Gewichtsteilen Natriumbentonit
herzustellen, in die 500 Gewichtsteile Glasmehl zugegeben wird.

Mineralschaum, der nach diesem Verfahren, also mit einem erheblichen Zusatz von Fluß mittel hergestellt wird, hat schlechte Festigkeitseigenschaften und ist nicht hinreichend Alkalibeständig und ist deshalb für viele Anwendungen im Bauwesen ungeeignet.

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das die Herstellung von Pellets bzw. Mineralschaum körpern hoher Qualität gestattet. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einer Gemengebildung in Abwesenheit von Wasserglas und in Abwesenheit von organischen Blähmitteln, eine Bildung der Pellets oder Formlinge mit Zugabe von Wasser erfolgt und dann ein zweistufiges thermisches Verfahren eingesetzt wird, wobei die Pellets oder Formlinge in einer ersten Stufe vorgewärmt und in einer zweiten Stufe gebläht werden und wobei die Pellets in beiden Stufen durch ein feinkörniges Medium vor der direkten Einwirkung der Flamme oder anderer Wärmequellen geschützt wird.

Ein solches Verfahren das auch die Werkstoffprobleme bei Blähtemperaturen bis 1300°C erstmals löst, ist Gegenstand der Erfindung.

Denkbare und/oder im Labor erfolgreich durchgeführte, jedoch nach dem Stand der Technik bis heute nicht realisierbare Prozesse, lassen die Herstellung von solchen Mineralschäumen theoretisch möglich erscheinen, die zu weniger als 90%, vorzugsweise zu weniger als 30% auf dem Rohstoff Glas basiert sind.

Diese Mineralschäume hätten Eigenschaften von außerordentlichem Interesse. Ihre Druck festigkeit, ihre Brandschutzeigenschaften und ihre chemische Beständigkeit übertreffen die Werte von Mineralschäumen, die z. B. zu 90% oder mehr auf dem Rohstoff Glas basiert sind, erheblich. So ist z. B. die Formbeständigkeitsgrenze bei Mineralschäumen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, mit 900°C um ca. 300°C höher als die von Glasschäumen, die zu über 90% Glas als Rezepturkomponente haben.

Nach dem Stand der Technik stehen der Herstellung von Mineralschäumen bei hohen Tempe raturen u. a. folgende Schwierigkeiten entgegen:
Die bei der Herstellung von Glasschaum (Mineralschaum auf der Basis von Glas) übliche indirekte Beheizung der Schäum-Öfen ist aus Gründen der technologischen Grenzen der Werkstoffe nicht mehr möglich. Es wären metallische oder andere wärmeleitende Werkstoffe erforderlich, die oberhalb der Blähtemperatur, also im Temperaturbereich von 1100°C bis 1400°C eingesetzt werden können und die bei diesen Temperaturen eine hinreichende mechanische Festigkeit haben. In der Praxis können metallische Werkstoffe nur bei Temperaturen bis 1100°C zuverlässig verwendet werden.

Hitzebeständige Werkstoffe, sofern sie bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, können ferner das Produkt durch Abgabe von Schwermetallen, insbesondere von Chrom verunreinigen.

Die Verwendung von direkt beheizten Öfen hingegen hat lokale Überhitzungen der einzelnen Pellets bzw. Formlinge zur Folge. Wegen des hohen Partialdrucks des Schäumgases tritt dieses, unterstützt durch den mit der Überhitzung verbundenen Viskositätsabfall der Matrix aus dem Pellet bzw. Formling aus, was eine unerwünschte Erhöhung der Rohdichte und eine unerwünschte Vergrößerung der Poren zur Folge hat. Das Ergebnis ist minderwertiges Produkt.

Pellets bzw. Formlinge haben in den üblichen langen, nur aus einem einzigen Drehrohr bestehenden Öfen, mit nicht genau kontrollierbarem Temperaturregime, unzulässig viel Abrieb bereits in der Erwärmungszone. Dieser Abrieb ist eine Folge der am Anfang der Ofenbehandlung noch geringen mechanischen Festigkeit der Pellets. Die Folge ist Staubbildung, Trennmittelverschmutzung und schlecht kalibriertes Produkt. Auch sinkt der Ausbringungsfaktor.

Pellets bzw. Formlinge werden durch die Einwirkung der Flamme oder der Strahler im direkt beheizten oder durch Strahler beheizten Blähofen örtlich überhitzt. Das hat ungleichmäßige und z. T. überhöhte Rohdichten des Mineralschaum-Produktes zur Folge. Auch hat ein solches Produkt eine ungleichmäßige Porenstruktur und schlechte Festigkeitseigenschaften.

Als Folgen der Überhitzung in der Schmelz- und Blähzone treten Agglomerationen auf, bis hin zu Verstopfungen des Ofens.

Als Folge der ungleichmäßigen Erwärmung der Pellets bei ihrem Durchlauf durch den Ofen treten unerwünschte Entgasungen von Blähmittel bereits in Zonen vor der eigentlichen Blähzone auf. Das hat wiederum ungleichmäßige Produktqualität zur Folge, die nur unzureichend durch überhöhte (teure) Blähmittelzugabe kompensiert werden kann.

Diese Schwierigkeiten führten dazu, daß bis dato Mineralschaumprodukte mit einer Rohdichte von ca. 300 g/l und darunter und einer Formstabilität bis in den Bereich von 900°C aus Rezepturen, die im Bereich von Temperaturen zwischen 1000°C und 1300°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 1100°C und 1250°C geschäumt werden, nicht produziert und am Markt angeboten werden. Das ist für die Anwender von Mineralschaumprodukten von Nachteil. Mineralschaum, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt würde, hätte große technologische und ökonomische Vorteile, denn:
Er ist formbeständig bis ca. 900°C (wichtig bei Brandschutz im Hochbau), während zu über 90% auf dem Rohstoff Glas basierter Mineralschaum nur bis zu ca. 600 °C formbeständig ist.

Er ist bis zu 3 mal so druckfest, wie ein Mineralschaum auf über 90%iger Rohstoff basis Glas (wichtig im Hoch- und Tiefbau, insbesondere bei Wandbausteinen).

Er ist so inert, wie Granit, Basalt und anderes Urgestein (wichtig für die Haltbarkeit und den Gesundheitsschutz).

Er kann aus sehr preiswerten Rohstoffen (Stäube, Sande, Schluffe, Tone) hergestellt werden. Diese Rohstoffe sind überall auf der Welt in praktisch unbegrenzter Menge verfügbar (wichtig für Standortwahl, Versorgungssicherheit und Umwelt).

Er kann beliebig oft recycliert werden, da seine Zusammensetzung derjenigen der Erdkruste nahe kommt, weshalb er unempfindlich gegen die Verschmutzung durch Fremdstoffe ist (wichtig im Hinblick auf die Ressourcenschonung).

Es entsteht weder bei der Produktion noch bei der Verarbeitung schwer zu entsor gender Abfall (wichtig aus Sicht des Umweltschutzes).

Die Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung von Mineralschaum in dem besagten Bereich der Zusammensetzung der Rohstoffe.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll die Anwendung von Mineralschaum mit überlegenen Eigenschaften im technischen Maßstab erstmals ermöglichen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Pellets bzw. Formlingen, welche aus einer Rezeptur aus den zu verschäumenden Stoffen in Form von Pulvern dosiert, gemischt und anschließend unter Zusatz von Wasser zu Grün-Pellets bzw. Grün-Formlingen geformt und vorgewärmt und gehärtet werden.

Es kann sich dabei um Grün-Pellets als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Schaum- Pellets mit einer Fertigkörngröße von 0 mm bis 50 mm handeln, ferner um Formlinge mit einer anderen als kugelförmigen Gestalt, ferner um Körnungen, die aus der Zerkleinerung von plattenförmigem Ausgangsmaterial gewonnen werden, sowie aus andersförmigen Teilen.

Für die kontinuierliche Herstellung von Formlingen durch Blähen bei niedrigen Temperaturen von 800°C bis 1000°C werden in der Praxis nach dem Stand der Technik für mittlere und große Durchsatzleistungen Drehrohr-Öfen und für kleinere Durchsatzleistungen Band-Tunnel- Öfen verwendet.

Drehrohröfen sind nur für Pellets und andere abrollende Formkörper geeignet. Auch haben sie beim Einsatz bei Prozeßtemperaturen über 1000°C den Nachteil, daß durch die Abwälz bewegung im Drehrohr die Pellets stark beschädigt und/oder verdichtet werden. Damit sind nach dem bekannten Stand der Technik Drehrohröfen bei Temperaturen über 1000 °C nicht für die Herstellung von Mineralschaumpellets mit genauer Kalibrierung und/oder mit besonders geringen Rohdichten geeignet.

Diese Nachteile der Drehofen-Verfahren zur Herstellung von Pellets und anderen Formlingen aus Mineralschaum zu überwinden ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Um eine Beschädigung der Grün-Pellets oder Grün-Rohlinge zu verhindern und um die Verunreinigung des Wärmeübertragungsmediums bzw. Trennmittels zu minimieren, wird entsprechend der Erfindung die Aufwärmung einerseits und das Blähen der Pellets bzw. Formlinge andererseits in 2 völlig getrennten verfahrenstechnischen Stufen durchgeführt.

In einem Vorwärmofen werden die frischen und feuchten Grünpellets eingetragen und getrocknet, erwärmt und gehärtet.

Erfindungsgemäß werden als Wärmeübertragungsmedium im Vorwärmofen Rohstoffe für die Mineralschaumherstellung und zwar eine oder mehrere Rezepturkomponenten des späteren Mineralschaumproduktes verwendet. Besonders eignen sich als Wärmeübertragungsmedien auch solche Rezepturkomponenten, die Kohlenstoffverbindungen enthalten, die beim Blähprozeß stören würden und deshalb ohnehin vor der Gemengebildung ausgebrannt werden müßten. Das Ausbrennen hat sich als so günstig für den Prozeß erwiesen, daß sogar andere Kohlenstoffträger, wie Braun- und Steinkohle, Stäube mit organischem Gehalt, Sägespäne, landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Abfälle, Öl und dergl. mit Erfolg zugegeben werden konnten. Auf diese Weise kann Energie, die weniger als handelsübliche Energie oder sogar gar nichts kostet, zum Einsatz kommen.

Auch werden durch die Mahlbewegung während des Drehofenprozesses Agglomerationen der Rohstoffe bzw. der Rezepturkomponenten aufgelöst und damit das Material für die Gemengeanlage vorbereitet. Auf diese Weise wirkt der Vorwärmofen sogar als Gemenge vorbereiter.

Nicht zuletzt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren handelsübliche Energie gespart, da der Kohlenstoffgehalt erfindungsgemäß energetisch im Prozeß genutzt wird.

Der wichtigste Vorteil ist jedoch, daß erfindungsgemäß Feinanteil, resultierend aus einer Zerstörung der Grünpellets bzw. aus Pelletabrieb, automatisch, d. h. ohne eine zusätzliche Maßnahme oder Vorrichtung rezirkuliert wird und damit vollständig im Kreislauf verbleibt und schließlich zu Produkt wird. Durch diese Rezirkulation von Feinanteil wird eine eventuelle Verschmutzung des Wärmeübertragungsmittels der 2. Ofenstufe (Blähofen) zuverlässig vermieden, denn die vorgewärmten Pellets, die dem Blähofen zugeführt werden, sind bereits hart und neigen nicht mehr zu Abrieb oder Zerstörung.

Erfindungsgemäß werden die Pellets sowohl im Vorwärmofen, als auch im Blähofen, vollständig oder nahezu vollständig vom Wärmeübertragungsmedium umschlossen, wodurch eine besonders gleichmäßige Erwärmung der Pellets erreicht wird.

Störend sind beim Blähen Kohlenstoffanteile in den Rohstoffen und zwar bereits ab 2 Gewichts-% bezogen auf die Rezeptur-Gesamt-Menge. Diese Kohlenstoffanteile werden erfindungsgemäß im Vorwärmofen ausgebrannt, so daß der Vorwärmofen zusätzlich die Funktion eines Gemengeentkohlers bekommt.

Durch diesen erfindungsgemäßen Gedanken können auch Abfälle, die einen variierenden Kohlenstoffanteil haben, als Rohstoffe sinnvoll eingesetzt werden wie:

Rohstoffe mit geringem Kohlenstoffanteil, die im Vorwärmofen überwiegend als Wärme übertragungsmedium und als Aufnahmemedium für Pelletabrieb dienen. Für sie ist die
Ausbrennfunktion des Vorwärmofens nicht von Bedeutung. Jedoch kann im Vorwärmofen zusätzlich Gemenge vorbereitet werden (Beispiele):

Rohstoffe mit höherem Kohlenstoffanteil, die im Vorwärmofen vor allem ausgebrannt werden (Beispiele):

Rohstoffe mit anderen flüchtigen Bestandteilen als Kohlenstoffverbindungen, wie z. B. Karbonaten, Kristallwasser etc., die ebenfalls vor dem Blähprozeß in ihrem Anteil reduziert werden bzw. fast vollständig ausgetrieben werden müssen, können erfindungsgemäß ebenfalls im Vorwärmofen behandelt werden.

In beiden Stufen des Verfahrens, im Vorwärmofen und im Blähofen, wird die gleichmäßige Erwärmung bzw. Blähung einer Schüttung der Pellets oder Formlinge erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sie in ein Bett oder in eine Schüttung eines feinkörnigen Mediums mit besonders guter Wärmeleitfähigkeit eingebettet werden.

Solche Medien können im Blähofen z. B. feiner Quarzsand oder technische Tonerde oder andere Medien sein, die bei der Prozeßtemperatur weder erweichen noch in der Prozeßumwelt im Blähofen Reaktionsteilnehmer werden.

Auch eignen sich Medien mit geringerem Schüttgewicht als Quarzsand oder Tonerde, wie z.B Schamottepulver oder andere Pulver mit niedrigem Schüttgewicht.

Das Wärmeübertragungsmedium übernimmt im Blähofen in der Regel auch die Funktion eines Trennmittels, d. h. es verhindert das Zusammenbacken der Pelletts bzw. Formlinge in der Zone des Blähofens, in der keine Formstabilität vorhanden ist oder in der die Oberfläche der Pellets schmelzflüssig ist.

Rezepturen:
In den beiden nachstehenden Beispielen werden typische Zusammensetzungen von einer zu über 90% auf dem Rohstoff Glas basierten und einer zu weniger als 90% auf dem Rohstoff Glas basierten Rezeptur gezeigt:

Typische chemische Zusammensetzungen von Schäumen, die im Temperaturbereich zwischen 1000°C und 1300°C, vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen 1100°C und 1250°C herstellbar sind, liegen im Bereich der Zusammensetzung vom Urgestein der Erdkruste und damit in folgenden Bereichen:

Die wichtigsten Elemente mineralischer Stoffe

Verfahrensbeschreibung:
Abb. 1:
Die verschiedenen Rezepturkomponenten werden in den Silos der Gemengeanlage (1) bevoratet und zur Verarbeitung aus den Silos abgezogen, gewogen und exakt dosiert einem Mischer (2) zugeführt, in dem sie homogen vermischt werden. Das homogene Gemenge mit der gewünschten Rezeptur wird dem Pelletierer (3) zugeführt, in welchem es unter Zugabe von Flüssigkeit, in der Regel Wasser, zu Rohpellets geformt wird.

Falls kein Pelletierer zum Einsatz kommt, werden Formkörper auf andere Weise gebildet. Das kann durch eine Strangpresse mit "Spagetti"-Mundstück und nachgeschaltetem Schneidwerk oder durch ein Walzwerk mit nachgeschaltetem Brecher, durch eine Tablettiermaschine oder durch andere Vorrichtungen erfolgen.

Die so geformten Grün-Pellets bzw. Grün-Formlinge werden erfindungsgemäß in einem Vorwärmofen (4) vorbehandelt und auf 400°C bis 700°C erwärmt. Im Vorwärmofen (4) vollziehen sich erfindungsgemäß ganz oder zum Teil folgende Verfahrensstufen:
Trocknen der Grünpellets in einem wärmeübertragenden Medium,
Vorwärmen der Grünpellets bis nahe zu dem Punkt, an dem eine Erweichung einer Rezepturkomponente oder die Reaktion des Blähmittels durch Ausgasung beginnen würde (1. Erwärmung),
In einer nachgeschalteten Siebmaschine (11) erfolgt das Härten der Grünpellets und die Trennung von Wärmeübertragungsmedium und vorgewärmten Pellets.

Als Vorwärmofen (4) der direkt oder indirekt oder im Kombibetrieb direkt + indirekt beheizt wird, eignet sich erfindungsgemäß ein Drehrohr.

Auch ein Bandvorwärmofen und ein Wirbellbettvorwärmofen können erfindungsgemäß eingesetzt werden. Auch eignen sich letztere Öfen erfindungsgemäß auch für die 3 Beheizungsarten, wie für den Drehrohrvorwärmofen beschrieben.

Die vorgewärmten Pellets bzw. Formlinge werden anschließend in den eigentlichen Blähofen (Drehrohrofen) (5) geleitet, in welchem sie eingebettet in einem Wärmeübertragungsmedium, das in der Regel gleichzeitig als Trennmittel wirkt, gebläht werden.

Im Vorwärmofen (4), d. h. im Drehrohrofen, im Bandofen oder im Wirbelbett vollziehen sich erfindungsgemäß ganz oder z. T. folgende Verfahrensstufen:
Mischen von Wärmeübertragungsmedium und Pellets und schnelles Erwärmen der vorgewärmten Pellets oder vorgewärmten Formkörper bis in die Nähe der Blähtemperatur (2. Erwärmung).

Sehr schnelles Durchfahren der Blähzone, in der Regel in 20 bis 100 Sekunden.

Sehr schnelles Abkühlen des Produktes in der Regel in 10 bis 100 Sekunden bis hinreichende Formstabilität erreicht ist und keine Gefahr einer Verbackung des Produktes mehr besteht.

Keramisierung des Produktes in einer Temperaturhaltezone.

Nach dem Vorwärmofen (4) erfolgt die Trennung von Wärmeübertragungsmedium und Produkt.

Kühlung des Produktes auf Lagerungstemperatur.

In Abb. 1 ist das Verfahren zur Herstellung von Pellets bzw. Formlingen aus Mineralschaum schematisch dargestellt.

Aus den verschiedenen Vorratssilos (9) der Gemengeanlage (1) wird Rohstoff gewogen abgezogen. Aus den einzelnen Rohstoffen wird in einem Mischer (2) ein homogenes Gemenge erzeugt, das in der anschließenden Pelletieranlage (3) zu Grünpellets geformt wird. Die Vorwärmung der Grünpellets erfolgt im Vorwärmofen (4). Die vorgewärmten und gehärteten Pellets gelangen anschließend in den Blähofen (5). Vom Blähofen (5) gelangen die geblähten Pellets zum Sieb (6), von dort in den Kühler (7) und schließlich in das Fertig produktlager (8).

In der Gemengeanlage werden Rohstoffe aus den Silos (9) zu der gewünschen Rezeptur des Produktes zusammengestellt und genau verwogen. Die Mischung wird anschließend im Mischer (2) homogenisiert. Das homogene Gemenge wird im Pelletierer (3) zu Grünpellets unter Zugabe von Wasser geformt. Die Günpellets werden anschließend in den Vorwärmofen (4) geleitet. Hier treffen sie zusammen mit dem Wärmeübertragungsmedium, das entweder aus der Siebmaschine (11) oder den Vorratssilos (12) kommt oder eine Rohstoffzugabe aus den Vorratssilos (9) ist und werden mit ihm gemischt. In den Vorratssilos (12) sind Rohstoffe, die vor der Zuführung zur Gemengeanlage noch thermisch vorbereitet werden müssen. Sie müssen z. T. von flüchtigen Bestandteilen befreit, kalziniert und/oder z. T. desagglomeriert werden.

Im Vorwärmofen (4) werden die Grünpellets mit dem Wärmeübertragungsmedium gemischt. Das Wärmeübertragungsmedium deckt die Grünpellets vollständig oder zumindest weitgehend ab. Im Zuge des Durchlaufes durch den Vorwärmofen (4) trocknen die Pellets, werden erwärmt und gehärtet. Die Vorwärmtemperatur ist produktabhängig. Die Vorwär mung darf nicht eine Temperatur erreichen, in der schon Schmelztemperaturen auftreten oder bei der die Blähmittel bereits beginnen, Gas abzugeben. Diese Reaktionen sollen erfindungsgemäß erst im Blähofen zustande kommen. Andererseits sollte die Vorwärmtemperatur so hoch wie möglich gewählt werden. In der Praxis hat sich herausgestellt, dar Vorwärmtemperaturen zwischen 400°C und 700°C vorzugsweise Temperaturen zwischen 500°C und 600°C mit gutem Erfolg angewendet werden können.

Am Ausgang des Vorwärmofens (4) werden in einer Siebmaschine (11) die gehärteten Pellets sorgfältig vom Wärmeübertragungsmedium getrennt. Das Wärmeübertragungsmedium wird entweder im warmen Zustand zurück zum Einlauf des Vorwärmofens (4) geführt oder im Kühler (13) gekühlt und in die Silos (9) der Gemengeanlage (1) oder direkt in den Mischer (2) zur Verarbeitung geleitet.

Die gehärteten Pellets aus dem Vorwärmofen (4) werden in den Blähofen (5) geleitet und werden dort mit Wärmeübertragungsmedium, das für den Blähprozeß geeignet ist, gemischt. Als geeignet haben sieh u. a. Tonerde, Quarzmehl und Schamottemehl erwiesen. Auch im Blähofen ist es zweckmäßig, daß die Pellets vollständig oder zumindest weitgehend durch das Wärmeübertragungsmedium abgedeckt sind. Bei Temperaturen von 850 bis 1250°C, vorzugsweise bei 1000 bis 1200°C werden die Pellets im Wärmeübertragungsmedium gebläht.

Abb. 2:
In Abb. 2 ist der Vorwärmofen (4) schematisch dargestellt. Er kann sowohl über eine Muffel (14) mit Brennern (15) indirekt beheizt werden als auch über einen direkt in den Prozeßraum wirkenden Brenner (16). Auch kann eine indirekte Beheizung durch einen im Prozeßraum angeordneten Strahler, der elektrisch oder mit Gas beheizt werden kann, erfolgen (19). Die Beheizung des Vorwärmofens (4) kann ausschließlich indirekt, ausschließlich direkt und im Kombibetrieb direkt/indirekt erfolgen. Ferner kann die Beheizung vollständig oder teilweise durch die Auskohlung des Wärmeübertragungsmediums (17) erfolgen, wobei in diesem Fall der Vorwärmofen mit Luftüberschuß betrieben wird, um eine vollständige Verbrennung (20) des ausgegasten Kohlenstoffs zu gewährleisten. Ist genügend Energie aus der Auskohlung zur Verfügung, so daß der gesamte Bedarf an Energie aus dieser Quelle gedeckt werden kann, dann wird der Brenner (16) nur als Zünd- und/oder Stützbrenner betrieben. Die Pellets oder Formlinge (18) sind vollständig oder fast vollständig im Wärmeübertragungsmedium (17) eingebettet und werden auf diese Weise schonend und gleichmäßig erwärmt.

Abb. 3:
In Abb. 3 ist der Blähofen (5) schematisch dargestellt. Die vom Vorwärmofen (4) kommenden gehärteten und vorgewärmten Pellets werden in einer Siebmachine (11) sorgfältig von dem Wärmeübertragungsmedium der Vorstufe getrennt und dem Blähofen (5) zugeführt. Sie werden in der Aufheizzone (21) des Blähofens thermisch vorbereitet und in der Blähzone (22) gebläht. Von der Blähzone kommen sie in die 1. Abkühlzone (23), in der Formstabilität oder nahezu Formstabilität erzeugt wird. Anschließend kommen sie in die Temperaturhaltezone (24) und von dort in den Produktaustrag (25), in das Sieb (6) und in den Produktkühler (7), der die 2. Abkühlzone darstellt.

Der Blähofen in Abb. 3 ist ein Drehrohr. Statt einem Drehrohr kann auch ein anderer Ofen, der die erfindungsgemäßen Aufgaben erfüllen kann, verwendet werden, wie z. B. ein fluidisiertes Bett.

Abb. 4:
Zeigt Details zum Blähofen wie die Aufheizzone (21), die Blähzone (22) mit dem Brenner (26), den Hitzeschild (27), der vorzugsweise verstellbar ist, die 1. Abkühlzone (23), den Luftverteiler (28), der vorzugsweise verstellbar ist und die Temperaturhaltezone (24).

Die eigentliche Blähzeit ist sehr kurz, sie beträgt 20 bis 200 Sekunden. Unmittelbar nach dem Blähen verläßt das Produkt die Blähzone (22) und gelangt in die 1. Abkühlzone (23), in der kontrolliert eine Absenkung der Temperatur bis oder in die Nähe der Formstabilität des Produktes erfolgt.

Damit die Temperaturabsenkung nicht von der Hitze der Blähzone (22) beeinflußt wird, sind diese beiden Zonen durch einen verstellbaren Hitzeschild (27) getrennt. Das Ende der ersten Abkühlzone (23) wird durch einen verstellbaren Luftverteiler (28) und einem weiteren Hitzeschild (29) gebildet. Der Luftverteiler (28) und das Hitzeschild (29) haben, wie der Hitzeschild (27), die Aufgabe, jeweils zwei Zonen thermisch zu trennen.

Im vorliegenden Fall trennt der Luftverteiler (28) die erste Abkühlzone (23) und die Temperaturhaltezone (24). Die Sekundärluft der Ofenanlage wird über ein konzentrisch um das Brennerrohr angeordnetes Luftrohr (30) und von dort über den Schild (29) des Luftverteilers (28) in den Ofen eingeleitet.

Am Ausgang des Blähofens werden die fertigen Pellets in einer Siebeinrichtung (6) vom Medium getrennt und in einem Kühler (7) auf ca. 100°C gekühlt und anschließend in einer weiteren Siebanlage in die einzelnen Korngrößen klassiert.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Formlingen aus Mineralschaum, vorzugsweise aus geschlossenporigem Mineralschaum, in einem 2-stufigen thermischen Verfahren, wobei vor der thermischen Behandlung die Komponenten des Gemenges gemischt und anschließend unter Zugabe von Wasser geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Formlinge in einer 1. Stufe vorgewärmt werden und in einer 2. Stufe nachgewärmt, erhitzt, gebläht und bis zur Erreichung der Formstabilität gekühlt werden, wobei die Formlinge in jeder Stufe von einem jeweils anderen feinkörnigen Medium vor der direkten Einwirkung einer Flamme oder vor einer anderen Strahlungsquelle bzw. vor einer beheizten Wand oder vor einem anderen Wärmeleiter durch ein sie umgebendes Wärmeübertraungs medium geschützt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium in der Vorwärmstufe aus einem oder mehreren Rohstoffen der Rezeptur mit möglichst guter Wärmeleitfähigkeit besteht und daß diese Rohstoffe im Vorwärmofen veredelt werden, während sie gleichzeitig die Grünpellets vorwärmen und daß die Veredelung der Rohstoffe im Ausbrennen, im Kalzinieren, im Trocknen, im Desagglomerieren und/oder im Vermischen der Rohstoffe bestehen kann und daß das Wärmeübeitragungsmedium den Abrieb der Grün-Pellets oder Grün-Formlinge in sich aufnimmt und sie in die Gemengeanlage zurückführt und so vollständig rezirkuliert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Wärmeübertragungsmedium bildenden Rohstoffe ausgebrannt, kalziniert, getrocknet und/oder desagglomeriert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ganz oder teilweise aus Braunkohlenasche besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ganz oder teilweise aus Steinkohlenasche besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ganz oder teilweise aus Bohrschlamm, und/oder aus kontaminiertem Boden und/oder kontaminiertem Hafen- oder Flußschlick und/oder aus einem anderen kohlenstoff haltigen mineralischen Stoff besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, oder 3, oder 4, oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung der Pellets auf Temperaturen zwischen 400°C und 700°C erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, oder 3, oder 4, oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung der Pellets auf Temperaturen zwischen 500°C und 600°C erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Vorwärmstufe das Wärmeübertragungsmedium mit einer Siebmaschine vollständig von den gehärteten Pellets getrennt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verlassen des Vorwärmofens das Wärmeübertragungsmedium der Vorwärmstufe vollständig oder in einer Teilmenge im warmen Zustand zum Eingang des Ofens zurückgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß nach dem Verlassen des Vorwärmofens das Wärmeübertragungsmedium der Vorwärm stufe vollständig oder in einer Teilmenge zum Rohstofflager oder zur Gemengeanlage geleitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 und 11 dadurch gekennzeichnet daß das Wärmeübertragungsmedium vor der Zuleitung zum Rohstofflager oder zur Gemengeanlage auf eine Temperatur unter 150°C gekühlt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium der Blähstufe zusätzlich zur Funktion des Schutzes vor Überhitzung des Produktes auch die Funktionen eines Wärmeüberträgers und eines Trennmittels übernimmt.

14. Verfahren nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium Tonerde ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium Quarzmehl ist.

16. Verfahren nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium Schamottemehl ist.

17. Verfahren nach Anspruch 1 und 13 dadurch gekennzeichnet, daß der Blähvorgang bei Temperaturen zwischen 1000°C und 1300 °C erfolgt und zwischen 20 und 200 Sekunden ab Beginn der Schmelzphase dauert.

18. Verfahren nach Anspruch 1 und 13 dadurch gekennzeichnet, daß der Blähvorgang bei Temperaturen zwischen 1100°C und 1250°C erfolgt und zwischen 20 und 100 Sekunden ab Beginn der Schmelzphase dauert.

19. Verfahren zur Erzeugung von Formlingen aus Mineralschaum, vorzugsweise von geschlossenporigem Mineralschaum in einem zweistufigen thermischen Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmofen ein Drehrohrofen ist, der wahlweise direkt oder indirekt oder kombiniert direkt/indirekt beheizt werden kann.

20. Verfahren zur Herstellung von Mineralschaum nach Anspruch 1 in einem Blähofen, vorzugsweise in einem Drehrohr, gekennzeichnet durch eine Erhitzungszone, eine Blähzone, einen Hitzeschild, eine 1. Abkühlzone, einen Luftverteiler und einer Temperaturhaltezone.

21. Verfahren nach Anspruch 1 und 20 gekennzeichnet durch einen am Ende der Blähzone angeordneten Hitzeschild, der die Blähzone im Ofen von der 1. Abkühlzone thermisch trennt und vorzugsweise von der Rohrummantelung des Brenners des Blähofens getragen wird.

22. Verfahren nach Anspruch 1 und 20 gekennzeichnet durch einen am Ausgang der ersten Abkühlzone angeordneten Luftverteiler, wobei der Luftverteiler zusammen mit dem Hitzeschild die erste Abkühlzone begrenzt und wobei in die erste Abkühlzone im Bereich des Luftverteilers Kühlluft eingelassen wird, die sich unter Kühlung des Produktes in Richtung Blähzone bewegt und im Blähofen im Bereich der Blähzone als Sekundärluft zur Verbrennung beiträgt.

23. Verfahren nach Anspruch 1 und 20 gekennzeichnet durch einen axial verstellbaren Hitzeschild.

24. Verfahren nach Anspruch 1 und 20 gekennzeichnet durch einen axial verstellbaren Luftverteiler.

25. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium ein Gemisch von Stoffen ist, das nach der thermischen Vorbehandlung im Vorwärmofen in seiner Zusammensetzung entweder direkt dem Zielgemenge oder einer Untermenge des Zielgemenges des Endproduktes entspricht.

26. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, bei dem das Wärmeübertragungsmedium der 1. Stufe nach Gebrauch zur Zielrezeptur verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium dem Abrieb der Grün-Pellets oder Grün-Formlinge aufnimmt und daß der Abrieb der Formlinge zusammen mit dem Medium zur Zielrezeptur verarbeitet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß verbrauchtes Wärmeübertragungsmedium des Blähofens als Bestandteil des Gemenges des Mineralschaum verwendet wird.