DE3120683A1 - Verfahren und vorrichtung zum kuehlen von weisszementklinker - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum kuehlen von weisszementklinkerInfo
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Description
• *
BKMI INDUSTRIEANLAGEN GMBH BKMI 29
München 50
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen von im Drehrohrofen gesintertem Weißzementklinker, wobei
die Sinterwärme im wesentlichen durch einen am Ofenende installierten Hauptbrenner erzeugt wird, durch Abschrecken
mittels Wasser, vorzugsweise im Wasserbad, auf unter 1200 0C.
Weißzementklinker, ähnlich wie normaler Portlandklinker im Drehofen gebrannt, erfordert besondere Maßnahmen bei
der Kühlung, damit sich der Weißegrad nicht verschlechtert. Die DE-AS 1942 537 verlangt neben einer besonderen
chemischen Zusammensetzung eine Kühldauer von 1,5 6 Minuten auf eine Temperatur von 700 - 1000 °C und
anschließend eine rasche Kühlung unter reduzierender Atmosphäre auf ca. 300 0C durch Besprühen mit Wasser. Das
Verfahren nach der DE-PS 1 178 769 sieht dagegen erst die Reduzierung durch Aufsprühen von Brennstoff und unmittelbar
anschließend die Abschreckung durch Bespritzen des Klinkers noch im Drehofenauslauf mit Wasser vor. Nach
der DE-OS 28 13 325 wird der überwiegende Brennstoffanteil als Strahl direkt auf den glühenden Klinker aufgespritzt.
β * ft · «
-5-
Neuere Forschungen (Zement-Kalk-Gips 6/78, S. 291 - 293) haben dagegen gezeigt, daß die erste Kühlphase bis zu
einer Temperatur von etwa 1200 0C unter reduzierender Atmosphäre und möglichst rasch erfolgen muß, um eine
Verfärbung zu verhindern.
Außerdem wurde festgestellt, daß nur bei dieser Kühlweise keine Festigkeitsverluste am Zement eintreten,
während dies bei vollständiger Kühlung des Klinkers im Wasser der Fall ist.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, daß das oberflächliche Bespritzen mit Wasser nur bei kleinen Granalien
ausreicht, um eine Verfärbung zu vermeiden. Größere
Granalien (über 15 mm Durchmesser) bleiben im Kern zu heiß· bzw. kühlen dort zu langsam ab, so daß der Kern
bei dieser Kühlung einen bräunlichen Stich bekommt und dadurch die Weiße des ermahlenen Zements herabsetzt.
Aus diesem Grund wird der Klinker nach bekannten Verfahren aus der Sinterzone "in ein Wasserbad geleitet, in
dem er nachhaltig abgeschreckt und völlig abgekühlt wird, Der wärmetechnische Nachteil dieser Methode ist, daß die
gesamte im Klinker enthaltene Wärme für den technischen Brennprozeß verloren geht, wodurch der Wärmeverbrauch
sich um 20 - 30 % erhöht. Ein weiterer Nachteil bekannter Verfahren liegt darin, daß vom Verlassen der Sinterzone
bis zum Eintritt des Klinkers in das Wasserbad durchweg mehrere Minuten Zeit verstreichen, in denen der
Klinker um mehr als hundert Grad abkühlt, wobei ein Teil des Fe2 oxidiert, was eine Einbuße an Weiße bedeutet.
In anderen Fällen (DE-OS 11 78 325, 28 13 325) wird auf den Klinker im Drehofen unmittelbar nach seinem Durchgang
durch die Sinterzone Wasser in solchen Mengen aufgespritzt, daß der Klinker sich weitgehend abkühlt,
wobei dl ο kleinen Granalien be ro LtH Feuchtigkeit aufnehmen,
während die großen Granalien und Brocken im Kern noch heiß bleiben. In einer dem Drehofen in diesen
Fällen meist nachgeschalteten Kühltrommel findet dann ein Temperaturausgleich statt, wobei die Restwärme allenfalls
ausreicht, die gesamte Feuchtigkeit zu verdampfen, aber nicht die durch die Trommel angesaugte Verbrennungsluft
für den Ofen anzuwärmen. Die Nachteile dieser-Methode liegen darin, daß nur die feinen Granalien ausreichend
abgeschreckt worden, aber Pant die gesamte
Klinkerwärme verlorengeht und außerdem viel Wasserdampf durch den Ofen gezogen wird, was die Wärmewirtschaft
zusätzlich verschlechtert. Außerdem müssen u.U. die größeren Granalien und Brocken aussortiert werden, weil
durch sie der Weißegrad des Zements zu stark beeinträchtigt wird.
Ferner verschlechtert sich die Zementfestigkeit erheblich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Zementklinkers höchstmöglichen
Weißegrades anzugeben, ohne daß hierbei Festigkeitsminderungen des Klinkers und Wärmeverluste in Kauf
genommen werden müssen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
30
Hierdurch wird eine ausreichende Abschreckung des Klinkers unverzüglich nach dem Verlassen der Sinterzone
verwirklicht, ohne den Klinker dabei anschließend unnötig weit abzukühlen und zu nässen und ohne die Sinterzone
durch Wasserdampf zu kühlen. Das erfindungsgemäße Verfahren
löst dieses Problem in der Weise, daß durch einen starken Temperaturabfall von der Sinterzone zum Austrag
hin die Sinterung und damit die Ansatzbildung abrupt aufhört und der Klinker nach dem Passieren dieser Grenze
innerhalb möglichst kurzer Zeit aus dem Ofen entfernt und mit Wasser abgeschreckt wird, wobei die Dauer der
Kühlwirkung nach der Granaliengröße gestaffelt so erfolgt, daß zwar seine Temperatur durchweg unter 1200 0C
abfällt, aber doch möglichst viel Restwärme im Klinker verbleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit gegenüber
dem Stand der Technik, wie er eingangs beschrieben wurde, durch folgende Vorteile aus:
Durch wesentlich raschere -Förderung des Klinkers von der
Sinterzone zum Wasserbad unter Wasserdampfatmosphäre wird eine unverzügliche Kühlung ermöglicht, die die Fe2-Oxidation
ausschließt, und somit einen maximalen Weißegrad ermöglicht.
Durch die mittels Klassierung gestaffelte Kühldauer des Klinkers wird der erforderliche Abschreckungseffekt
erzielt. Es kann aber genügend Restwärme erhalten werden, so daß über die Trocknung des Klinkers hinaus noch ein
Wärmebetrag bis zu 500 kJ/kgKl verbleibt, der für die Sekundärluftaufwärmung genutzt werden kann.
Somit wird insgesamt eine qualitative und wärmetechnische Verbesserung des Prozesses erreicht.
In vorteilhafter Weise werden die Kürze der Verweilzeit
im Ofen und die Klassierung des Klinkers dadurch günstig beeinflußt, daß der Drehrohrofen in einem Abstand vom
Ofenauslaufende, der etwa dem halben Durchmesser des Drehrohrofens entspricht, mit zahlreichen peripher, ringförmig
angeordneten Austragsspalten versehen ist, die in einem Fallschacht münden, wobei die axiale Länge der Austragsspalte
kleiner als 100 mm ist und deren Weite 10 bis 30 ram beträgt. Bei dieser Anordnung durchwandern die
groben Klinkerbrocken den Ofen bis zum Auslauf, indem sie die Austragsspalte überspringen, während die feinen
Granalien durch die Austragsspalte den Ofen bereits vorher verlassen. Durch die Bemessung der Austragsspalte
wird erreicht, daß nur Klinkerkörner bis zu einem der Spaltweite entsprechenden oberen Durch-messer den Ofen
verlassen. Diese Anordnung bietet neben konstruktiv einfacher und beständiger Gestaltung den Vorteil, daß die
Austragswahrscheinlichkeit- auch bei evtl. teilweise verstopften Spalten besonders groß ist, da alle Granalien
bei ihrer Rollbewegung im Ofen zahlreiche Spalte überqueren müssen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung weist der Drehrohrofen auslaufseitig auf einer
Länge von etwa der Hälfte bis zur vollen Größe seines Nenndurchmessers eine konische Erweiterung auf.
Hierdurch wird erreicht, daß die übrigen Granalien und Brocken, die größer als die Austragsspalte sind und
diese daher übersprungen haben, durch die konische Erweiterung eine Beschleunigung beim Ausfall aus dem
Ofen erfahren und gleichzeitig eine weitere Klassierung dieser Granalien erfolgt.
Qm eine gestaffelte Dauer der Kühlung nach der Granaliengröße zu erzielen, damit noch Restwärme für die Trocknung
des Klinkers verbleibt, befindet sich vorzugsweise unter dem Drehrohrofen im Bereich des Klinkeraustrags ein
Wassertrog, aus dem ein schräg ansteigender Förderer den abgeschreckten Klinker in einen Trockner fördert. Um die
durch die Austragsspalte ausfallenden Klinkerkörner nach der Größe zu klassieren, befindet sich vorzugsweise
in dem zum Wassertrog führenden Fallschacht am Ofenauslauf ein Prallelement mit schräger Oberfläche, von dem
die gröberen Granalien des Klinkers in Richtung auf das tiefere Ende des Förderers abprallen. Von der schrägen
Prallfläche prallen die gröberen Körner in einer weiteren Wurfparabel ab als die feineren, wobei die
horizontale Wurfweite mit der Granaliengröße steigt (ballistische Klassierung). Dadurch gelangen die
gröberen Granalien in tiefer gelegene Bereiche des Förderers unber dem Wasserspiegel und werden somib
langer gekühlt als die feineren. Die gröberen aus dem Ofenauslauf fallenden Brocken fallen, wie oben beschrieben,
um so tiefer in den Wassertrog, je größer und schwerer sie sind, und werden dementsprechend langer
gekühlt als die feineren, wodurch die Verfärbung der Kerne vermieden wird.
-ID*
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Prallelement als Klassierrost ausgebildet. Durch
einen solchen steil gestellten Rost wird der Klinker nach Verlassen des Drehrohrofens in zwei Fraktionen
klassiert, wobei die groben Granalien und Brocken in den tiefen Teil des Wassertroges abgeleitet werden, während
der feine Klinker durch den Rost hindurch direkt auf den Förderer fällt, und zwar in einem Bereich, wo der
Förderer aus dem Wasserspiegel austritt. In vorteilhafter Weise ist am unteren Ende des Klassierrosts ein
Brecher angeordnet, in dem die vom Rost abgeleiteten groben Brocken gebrochen werden, bevor sie in den
Wassertrog fallen.
Durch den konischen Ofenauslauf verlassen die größeren Klinkergranalien und -brocken innerhalb von Sekunden den
Ofen und folgen beim freien Fall in den Wassertrog ebenso einer Wurfparabel zum tieferen Teil des Wasserbades,
während die zahlreichen feineren Granalien, die jedoch noch so groß sind, daß sie die ringförmig angeordneten
Austrags.spalte übersprungen haben, durch die Drehung des Ofens etwas langsamer aus dem Ofen transportiert
werden und von der Auslaufkante fast senkrecht nach unten in den seichten Teil des Wasserbads fallen.
Durch diese Anordnung ergibt sich in beiden Fällen entsprechend der Granalienkorngröße eine Abstufung der Verweilzeit
im Wasserbad, die durch die Höhe des Wasserspiegels und die Transportgeschwindigkeit des Förderers
noch weiter· an ein verfahrenstechnisches und wärmetechnisches Optimum angenähert werden kann:
3ο
Wird der Wasserspiegel gesenkt und die Transportgeschwindigkeit erhöht, können kleinere Granalien durch
Aufsprühen von Wasser gekühlt werden, ohne in das Wasserbad zu gelangen, und es verbleibt Restwärme für
die Trocknung. Bei stark erhöhter Fördergeschwindigkeit kann die Verweilzeit auch von gröberen Granalien und
Brocken so weit abgekürzt werden, daß mehr Restwärme, als für die Trocknung benötigt, verbleibt, so daß auch
noch die Sekundärluft aufgewärmt werden kann. Es erscheint durchaus denkbar, daß auf diese Weise die
Wärmeersparnis für den Prozeß unter Berücksichtigung eines Verlustmultiplikators von 1,4 bis zu 130 kcal/kgKl
betragen kann, was einer Ersparnis von etwa 10 % des Gesamtverbrauchs entspräche:
nämlich Rückgewinnung an Klinker-Restwärme für Sekundärlufterwärmung
aus feinen Granalien 0,7.(600-200).0,23=65kcal/kgKl aus mittl. Granalien 0,2.(700-200).0,23=23kcal/kgKl
aus groben Granalien
u. Brocken 0,1.(400-200).0,23= 5kcal/kgKl
insgesamt - 9 2kcal/kgKl
auf Brennstoffersparnis bezogen 1,4 χ 92 = 129kcal/kgKl
= 50 0 kJ/kgKl
Neben diesem wärmewirtschaftlichen Gewinn wird aber
durch die geringe Verweilzeit des Klinkers im Wasser und die Tatsache, daß er im wesentlichen trocken aus dem
Wasserbadkühler ausgetragen wird, die bei unklassiertem Eintrag des Klinkers in das Wasserbad und längerer Verweilzeit
- besonders des feinen Klinkers in diesem unvermeidliche Beeinträchtigung der Zementfestigkeit
vermieden.
Die Verbesserung des Weißegrades wird umso deutlicher, je mehr es durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen gelingt,
die Verweilzeit des Klinkers in dem Temperaturbereich, in dem er noch flüssige Schmelzphase enthält, bis zum
Beginn der Abschreckung zu verkürzen.
Hierzu wird zweckmäßig änye«trübt, durch eine extrem
kurze, scharfe Flamme des Brenners einen steilen Temperaturanstieg der Hauptflamme von der Brennermündung
aus zu erzielen, damit in Transportrichtung des Klinkers, gesehen vom Temperaturmaximum in der Sinterzone aus, die
Wärmeeinwirkung rasch nachläßt, und damit der Temperaturabfall umso rascher vonstatten geht. Da in einem Weißzementofen
mit Wasserkühlung des Klinkers kaum Sekundärluftwclrme zur Verfügung steht, wird die Sekundärluft
vorteilhaft durch eine Brennkammer oder durch kleinere Hilfsbrenner in der Stirnwand des Ofenkopfes auf eine
Temperatur von möglichst weit über 700 0C vorgeheizt. Dadurch bildet sich die Hauptflamme besonders kurz und
scharf aus.
Im folgenden wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung als Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Drehrohrofen mit einem Ofenkopf und einem Wassertrog;
Figur 2 einen Querschnitt durch den Ofenkopf und
einen Fallschacht mit dem Wassertrog, gegen den Ofenauslauf gesehen.
Figur 1 zeigt einen Drehrohrofen 1 mit einem Ofenkopf 2 und rnittig darin einen Hauptbrenner 3; der Ofenkopf 2
setzt sich in einem Schacht 4 nach unten fort, der in einen Wassertrog 5 mündet. In diesem läuft ansteigend
ein Förderer 6, der den gekühlten Klinker austrägt. Über dem Förderer 6 ist zu dessen Schutz ein Rost 20 angeordnet,
der die großen Klinkorbrocken abfängt und zu einem am unteren 1.ίη(]ο ungeordneten Brecher 21 leitet,
der diese großen Brocken zerschlägt. Der feinkörnige Klinker fällt durch die; Auritragsrspa LLe 7 weiter durch
einen Fa 1 lnehach L 8 in dt:η Via:;.sorttrog 5, wobei er vorher
noch von eineni Prallement 9 einen horizontalen Wurfiinpuls
erhält, wodurch die gröberen Granalien weiter zum tieferen Teil des Wassertroges 5 abprallen als die
feineren.
Die Verbrennungsluft (Sekundärluft) für die Feuerung
wird durch Hilfsbrenner 14 oder einen Heißgaserzeuger 16 vorgewärmt. Die gröberen Granalien und die Brocken überspringen
die Austragsspalte 7 und wandern beschleunigt durch eine konische Erweiterung 15 des Drohrohrofens 1 zu
dessen Abwurfkante, von der sie in den tieferen Teil des
Viassertroges fallen. Dessen Wasserstand kann ;;o eingestellt werden, daß der Wasserspiegel 22 entweder oberhalb
oder unterhall) des AuCtref i.bcreichs 17 des Heineren
Klinkers endet. Oberhalb davon befinden sich Wasserdüsen 12, mit denen der Klinker bedüst werden kann, wenn der
Wasserspiegel .1. tief .steht. Der Fallschneht H gehl·, oben in
eine Abdeckhaube 13 über, die die AustragsöLf.'nungon 7
nach außen abschirmt, über dem oberen Teil des Förderers
ist ein Brüdenabzug 18 angeordnet.
In Figur 2 ist im Fallschacht 4 ein als Klassierrost ausgebildetes Prallelement 19 angeordnet. Hierdurch wird
der Klinker in zwei Fraktionen klassiert, wobei die groben Granalien und Brocken in den tieferen Teil des
Wassertroges 5 abgeleitet werden, während der feinere Klinker durch den Klassierrost 19 hindurch direkt auf
den Förderer 6 in einem Bereich fällt, wo der Förderer au5j dom W.'iij.sorsp LGcjel 22 austritt. Am unteren Ende des
K bus:; i erros tos 10 ir;t olii Brecher 21 an<joordnet, in den
flio vom K L.'iss icrroiiL zuriickqMia LLoikmi
<jt:oben Brocken abgeleitet werden, um gebrochen zu werden, bevor sie in
den Wassertrog 5 fallen.
Leerseite
Claims (11)
1. Verfahren zur Kühlung von im Drehrohrofen gesinter- ^—· tem Weißzementklinker, wobei die Sinterwärme im
wesentlichen durch einen am Ofenende installierten Hauptbrenner erzeugt wird, durch Abschrecken mittels
Wasser, vorzugsweise im Wasserbad, auf unter 1200 0C, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verweilzeit des Klinkers im Drehrohrofen nach dem Passieren der Sinterzone sehr kurz gehalten wird,
daß eine Klassierung des Klinkers in mindestens zwei Kornklassen erfolgt, und daß die Dauer der Kühlung
nach der Granaliengröße gestaffelt so erfolgt, daß noch Restwärme für die Trocknung des Klinkers verbleibt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeich-"-■ net, daß der Drehrohrofen (1) in einem Abstand vom
Ofenauslaufende, der etwa dem halben Durchmesser des
Drehrohrofens entspricht, mit zahlreichen peripher, ringförmig angeordneten Austragsöffnungen (7) versehen
ist, die in einen Fallschacht (8) münden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die axiale Länge der Austragsöffnungen (7) kleiner als 200 mm ist und
deren Weite 10 bis 30 mm beträgt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen Ibis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sich unter dem Drehrohrofen (1) im Bereich des Klinkeraustrags ein Wassertrog (5)
befindet, aus dem ein schräg ansteigender Förderer (6) den abgeschreckten Klinker in einen Trockner fördert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß im Fallschacht (4,8) am Ofenauslauf sich ein Prallelement (19,9) mit schräger Oberfläche befindet, von dem die gröberen
Granalien des Klinkers in Richtung auf das tiefere Ende des Förderers (6) abprallen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Prallelement als Klassierrost (19) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet, daß am unteren Ende des
- Klassierrostes (19) ein Brecher (21) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Wasserspiegeis
im Wassertrog (5) und die Transportgeschwindigkeit des Förderers (6) regulierbar sind.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Bereich, wo
der feine Klinker fällt und / oder wo der Förderer (6) aus dem Wasserspiegel heraustritt, Düsen (12) zum
Be.sjmlhon dou Klinkor:i ainjoordnet sind.
a ft * e
ο
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehrohrofen (1) auslaufseitig auf einer Länge von etwa der Hälfte bis zur vollen
Größe seines Nenndurchmessers eine konische Erweiterung (15) aufweist.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Stirnwand des Ofenkopfes (2) um den Hauptbrenner (3) herum mehrere Hilfsbrenner (14)
angeordnet sind, durch die bis zu einem Drittel des gesamten Brennstoffbedarfs zugeführt wird.
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