DE69516667T2

DE69516667T2 - Verfahren und vorrichtung zur verwendung von stahlschlacken in zementherstellung

Info

Publication number: DE69516667T2
Application number: DE69516667T
Authority: DE
Inventors: Rom D. Young
Original assignee: Texas Industries Inc
Current assignee: Texas Industries Inc
Priority date: 1994-01-14
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2015-01-14
Also published as: GR3034056T3; TW492951B; RU2148559C1; BR9506490A; US5421880C1; ES2147604T3; WO1995019324A1; DK0739318T3; CA2139793C; EP0739318A1; ATE192424T1; DE69516667D1; AU681756B2; US5421880A; EP0739318A4; JP3034307B2; AU1567295A; CN1138848A; PT739318E; CA2139793A1

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen die Herstellung von Zementklinker in länglichen Drehrohröfen. Insbesondere betrifft die Erfindung das Verfahren und die Vorrichtung für die Herstellung von Zementklinker in herkömmlichen, länglichen Naß- oder Trockendrehrohröfen, wobei Stahlschlacke an dem Aufgabeende des Ofens mit einem Strom von Beschickungsmaterial, welches Kalk enthält, zugefügt wird, so daß, während der Strom von Beschickungsmaterial und Stahlschlacke sich auf die Wärme an dem Wärmeende des Ofens zubewegt, die Stahlschlacke geschmolzen wird und in das Beschickungsmaterial diffundiert, um Zementklinker zu bilden.

Stand der Technik

Wie in der US 5,156,676 erwähnt, ist die Literatur reich an Verfahren, mit denen das Kalzinieren und Verschlacken von Zementbestandteilen ermöglicht werden kann. Das typische Verfahren unter Verwendung eines Drehrohrofens, entweder naß oder trocken, ist gut bekannt. Zementausgangsmaterialien, wie z. B. Kalkstein, Ton und Sand oder dergleichen, werden fein zermahlen und innig vermischt, um eine im wesentlichen homogene Mischung an dem Aufgabe- oder Beschickungsende des Ofens bereitzustellen. Der Ofen ist um einen solchen Winkel nach unten geneigt, daß das Wärmeende des Ofens unterhalb des Beschickungsendes liegt. Der Ofen weist im allgemeinen vier Betriebszonen auf, einschließlich einer Vorkalzinierungszone, einer Kalzinierungszone, einer Verschlackungszone und einer Kühlzone. Herkömmlicher Brennstoff wird mit vorerhitzter Luft kombiniert und in den Ofen an dem Wärmeende eingespritzt. Brennstoffe, wie z. B. Erdgas, Öl oder pulverförmige Kohle werden herkömmlich bei Zementherstellungsverfahren eingesetzt.
Während die fein verteilten Zementausgangsmaterialien in den Drehrohrofen an seinem Beschickungsende eintreten, werden die Materialien von nahezu Umgebungstemperatur auf etwa 538ºC (1000ºF) in der Vorkalzinierungszone erhitzt. In dieser Zone wird die Hitze der Verbrennungsgase aus der Kalzinierungszone verwendet, um die Temperatur der Ausgangsmaterialien anzuheben. Zusätzlich können in dem Ofen Kettensysteme (chain systems) oder der gleichen an dem Inneren des Ofens befestigt sein und eingesetzt werden, um die Effizienz von Wärmeaustausch zwischen den Gasen und Ausgangsmaterialien zu verbessern.
Die Temperatur der Ausgangsmaterialien wird von etwa 538ºC (1000ºF) bis etwa 1093ºC (2000ºF) gesteigert, wenn diese durch die Kalzinierungszone hindurchströmen, und in dieser Zone wird CaCO&sub3; unter Bildung von CO&sub2; zersetzt.
Kalziniertes Material mit der Temperatur von etwa 1093ºC (2000ºF) gelangt dann in die Verschlackungs- oder Brennzone, wo die Temperatur auf etwa 1500ºC (2732ºF) angehoben wird. In dieser Zone werden die primären Ausgangsmaterialien in die typischen Zementverbindungen, wie z. B. Tricalciumsilicat, Dicalciumsilicat, Tricalciumaluminat und Tetracalciumaluminoferrit, umgewandelt. Die Zementklinker verlassen dann die Verschlackungszone, wo die Klinker gekühlt und anschließend weiter verarbeitet werden, wie z. B. durch Zermahlen.
Weiter datiert die Verwendung von zermahlener Hochofenschlacke als ein zementartiges Material zurück auf das Jahr 1774. Bei der Produktion von Eisen wird der Hochofen kontinuierlich von oben mit Eisenoxidquellen, Zuschlag und Brennstoff beschickt. Zwei Produkte werden aus dem Ofen erhalten: geschmolzenes Eisen, das sich in dem Boden des Ofens sammelt und flüssige Eisenhochofenschlacke, welche auf der Eisenschmelze schwimmt. Beide werden periodisch aus dem Ofen bei einer Temperatur von etwa 1500ºC (2732ºF) abgestochen. Die Schlacke besteht in erster Linie aus Silica und Alumina, kombiniert mit Calcium- und Magnesiumoxiden aus dem Zuschlag. Zementartige Aktivität dieser Schlacke zur Verwendung in Mörtel oder Beton wird bestimmt durch ihre Zusammensetzung und die Geschwindigkeit, bei welcher das geschmolzene Material gekühlt wird, wenn es aus dem Ofen kommt.
Weiter tritt bei der Produktion von Stahl ein ähnliches Verfahren auf, wobei flüssige Stahlschlacke auf der Stahlschmelze schwimmt. Wieder besteht die Stahlschlacke in erster Linie aus Silica und Alumina, kombiniert mit Calcium- und Magnesiumoxiden. Das Beseitigen sowohl der Stahlschlacke als auch der Hochofenschlacke stellt ein Hauptbeseitigungsproblem für deren Hersteller dar.
Sowohl die Stahlschlacke als auch die Hochofenschlacke ist aus Teilchen zusammengesetzt, die sehr hart sind. Die Stahlschlackenteilchen weisen eine ausreichende Härte auf, um Glas zu schneiden. Die Hochofenschlacke war bei Verwendung immer in der Form eines feinen Pulvers, was bedeutet, daß eine große Energiemenge verwendet werden muß, um die Stahlschlacke in die feinpulverisierte Form zu zermahlen und zu pulverisieren. Solch ein Verfahren ist in der US 2,600,515 offenbart, bei welchem eine Hochofenschlacke, in einer feingepulverten Mischung mit Kalkstein, in Zementdrehrohröfen eingeführt wird und unmittelbar in die Flamme des Ofens eingeführt wird. Das Schlackenpulver wird gleichzeitig und durch die gleichen Kanälen wie der Brennstoff, nämlich pulverisierte Kohle, Schweröl oder Gas, eingeblasen. Dieses Verfahren weist einige Nachteile auf. Einer der bedeutsamsten Nachteile besteht darin, daß enorme Energiemengen benötigt werden, um das Material zu pulverisieren und zu trocknen, so daß es in den Ofen eingeblasen werden kann.
Viele der chemischen Verbindungen in Stahlschlacke und Hochofenschlacke sind chemischen Zementverbindungen gleich und deren Bildungswärme wird bereits in deren jeweiligen Verfahren beherrscht. Röntgenstrukturanalyse von Stahlschlacke zeigt, daß die Zusammensetzung hoch gefluxtes Beta-(β)-Dicalciumsilicat 2CaO.SiO&sub2; (C&sub2;S) ist. Diese Verbindung kann mit dem Zusatz von CaO in der Brennzone des Drehrohrofens zu 3CaO.SiO&sub2; (C&sub2;S) umgewandelt werden.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß Stahlschlacke keine schädliche Wirkung auf den Betrieb eines Zementdrehrohrofens aufweist. Die Emission von flüchtigen Materialien aus dem Drehrohrofen wird verbessert, da die Schlacke vorher wärmebehandelt worden ist und die meisten flüchtigen Materialien entfernt worden sind, d. h. Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoff, flüchtige organische Stoffe und dergleichen. Jedoch wird, wie erwähnt, ein Feinzermahlen oder Feinzerkleinern oder Pulverisieren der Schlacke benötigt, womit ein kostspieliger Schritt zu dem Zementherstellungsverfahren zugefügt wird.

Offenbarung der Erfindung

Da es schon lange bekannt ist, daß viele der chemischen Verbindungen in Stahlschlacke chemischen Zementverbindungen gleich sind, und da Stahlschlacke in großen Mengen verfügbar ist und ein Hauptbeseitigungsproblem darstellt, wäre es vorteilhaft, in der Lage zu sein, die Stahlschlacke in dem Zementherstellungsverfahren zu verwenden, wenn sie in einem viel grobkörnigeren Zustand als in dem nun benötigtem pulverisierten Zustand verwendet werden könnte, und wenn sie zu dem Beschickungsmaterial zugefügt werden könnte, welches dem Ofen an dem Beschickungsende des Ofens anstelle seines Wärmeendes zugefügt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine solche Verwendung von Stahlschlacke bereit und stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung von zahlreichen Verfahrensstahlschlakken bereit, die zerkleinert und gesiebt worden sind, um einen grobkörnigen Zustand mit einem Durchmesser der Komponenten von bis zu 51 mm (2") bereitzustellen, wobei die grobkörnige Schlacke mit dem Beschickungsmaterial in das Aufgabeende des Ofens eingeführt wird, wodurch alle Vorteile der Verwendung von Stahlschlacke erhalten werden, ohne den Nachteil der Erfordernis der Bereitstellung eines Feinzermahlens, Pulverisierens oder Feinzerkleinerns der Schlacke.
Wie zuvor erwähnt hat die Erfahrung gezeigt, daß Stahlschlacke keine schädliche Wirkung auf dem Betrieb eines Zementdrehrohrofens aufweist. Die Emission flüchtiger Materialien aus dem Drehrohrofen ist verbessert, da die Stahlschlacke zuvor wärmebehandelt worden ist und die meisten flüchtigen Materialien entfernt worden sind, d. h. Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoff, flüchtige organische Stoffe und dergleichen. Auf Grund der vorherigen Geschichte der Stahlschlacke ist die benötigte Stahlschlackenchemie bereits während des Stahlherstellungsverfahren erzielt worden, womit Energie in dem Zementherstellungsverfahren gespart wird. Somit existieren eine Reihe von Vorteilen bei der Verwendung dieser Schlacke. Wie zuvor erwähnt, wird zunächst kein Feinzermahlen, Pulverisieren oder Feinzerkleinern der Schlacke benötigt. Große Mengen grobkörniger Schlacke (festgelegt hierin als Stahlschlacke mit einem Durchmesser der Komponenten von bis zu 51 mm (2")) können in die Zementklinkerzusammensetzung eingebaut werden mit lediglich geringen chemischen Veränderungen an dem regulärem Beschickungsmaterial für den Drehrohrofen. Zerkleinern und Sieben wird lediglich für Schlackenteilchen mit einem Durchmesser von größer 51 mm (2") benötigt.
Zweitens wird keine Trocknung der Schlacke benötigt. Eine inhärente Feuchtigkeit beträgt normalerweise 1% bis 6%. In dem Naßverfahrendrehrohrofensystem werden beträchtliche Feuchtigkeitsreduzierung und Einsparungen realisiert. In dem Trockenverfahrendrehrohrofensystem ist eine Trocknung der Stahlschlacke nicht erforderlich.
Drittens wurde kein Verstopfen des Ofens beobachtet auf Grund von Schlammring- oder Klinkeraufbau. Sowohl bei den Naß- als auch den Trockenverfahrendrehrohröfen weist die grobkörnige Stahlschlacke eine Reinigungswirkung bei Materialaufbau auf, wenn sie sich durch den Ofen bewegt.
Viertens kann die grobkörnige Stahlschlacke als Teil des anfänglichen Beschickungsmaterials verwendet werden und wird in den Ofen an dessen Beschickungsende eingeführt. Die Stahlschlacke und das nasse Beschickungsmaterial können in das Beschickungsende des Drehrohrofens als getrennte Materialien eingespritzt werden und können zusammen an dem Beschickungsende des Ofens ohne vorheriges Mischen eingespritzt werden.
Fünftens sind nur leichte chemische Änderungen in der Beschickungsmaterialzusammensetzung für das normale Beschickungsmaterial nötig, um die Stahlschlacke aufzunehmen. Dies bedeutet normalerweise, daß das Beschickungsmaterial reicher an Kalksteingehalt sein muß.
Sechstens transformiert die grobkörnige, chemische Stahlschlackenverbindungsstruktur die gewünschte Zementklinkerstruktur während der Wärmebehandelung innerhalb des Drehrohrofens durch Diffusion.
Siebtens werden beträchtliche Energieeinsparungen erzielt, wenn die Stahlschlacke verwendet wird auf Grund der niedrigen Temperatur, bei welcher die Stahlschlacke schmilzt, und da kein Feinzermahlen oder Pulverisieren der Stahlschlacke erforderlich ist.
Achtens sind die Produktionszunahmen zumeist proportional zu der Menge an verwendeter Stahlschlacke.
Neuntens verbessert sich die Umweltbedingung des Drehrohrofenverfahrens auf Grund des geringen Gehalts flüchtiger Stoffe der Stahlschlacke.
Zehntens verbessert das Wiedergewinnen der Stahlschlacke die Umwelt, da es eine wichtige Verwendung für die großen Mengen an verfügbarer Stahlschlacke bereitstellt und eine Beseitigung der Stahlschlacke gegenwärtig ein Umweltproblem darstellt.
Elftens werden die Kosten einer Zementherstellung beträchtlich reduziert auf Grund der Energieeinsparungen und der reichlichen Versorgung mit billiger Stahlschlacke. Somit ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Drehrohrofens für die Herstellung von Zementklinker unter Verwendung grobkörniger Stahlschlacke, einem Nebenprodukt der Stahlherstellungsverfahren, bereitzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die grobkörnige Stahlschlacke in einen Zementherstellungsdrehrohrofen an seinem Beschickungsende einzuführen.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, grobkörnige Stahlschlacke mit verschiedenen Teilchengrößen von einem Maximalwert von im wesentlichen 51 mm (2") im Durchmesser und darunter zu verwenden.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Zementklinkerherstellung unter Verwendung eines länglichen Zementdrehrohrofens mit einem Beschickungsende und einem Wärmeende wobei das Wärmeende bezüglich des Beschickungsendes nach unten geneigt ist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt eines Lenkens von Wärme aus einer Wärmequelle in das Wärmeende des Ofens, eines Einführens eines Stroms von Beschickungsmaterial, welches Kalk enthält, in das Beschickungsende des Ofens, so daß der Strom von Beschickungsmaterial sich auf die Wärme an dem Wärmeende des Ofens zubewegt, und eines Zufügens einer vorab bestimmten Menge von zerkleinerter und gesiebter Stahlschlacke zu dem Strom von Beschickungsmaterial an dem Beschickungsende des Ofens, so daß, während der Strom von Beschickungsmaterial und Stahlschlacke sich auf das Wärmeende des Ofens zu bewegt, die Stahlschlacke durch die Wärme geschmolzen wird und in das Beschickungsmaterial diffundiert, um Zementklinker zu bilden.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zum Bilden von Zementklinkern, welche einen Zementdrehrohrofen mit einem Beschickungsende und einem Wärmeende umfaßt, wobei das Wärmeende bezüglich des Beschickungsendes nach unten geneigt ist, und mit einer Wärmequelle an dem Wärmeende zum Erwärmen des Inneren des Drehrohrofens, und einem Beförderungsmittel zum Einführen eines Stroms von Beschickungsmaterial, welches Kalk und Stahlschlacke enthält, in das Beschickungsende des Drehrohrofens, so daß, während der Strom von Beschickungsmaterial und Stahlschlacke sich auf das Wärmeende des Ofens zubewegt, die Stahlschlacke durch die Wärme in das Beschickungsmaterial diffundiert, um Zementklinker zu bilden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und andere detailliertere Ziele der vorliegenden Erfindung werden vollständiger in der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen offenbart, in welcher:
Fig. 1 eine diagrammatische Grunddarstellung eines Drehrohrofensystems der vorliegenden Erfindung zur Bildung von Zementklinkern ist, bei welcher das Beschickungsmaterial und die Stahlschlacke zusammen in das Aufgabeende der Drehrohröfen eingeführt werden;
Fig. 2 eine diagrammatische Darstellung des Beschickungsmaterials und der Stahlschlacke ist, welche getrennt in das Aufgabeende des Drehrohrofens eingespeist werden;
Fig. 3 eine Fließbilddarstellung des Verfahrens ist, bei dem das Beschickungsmaterial und die Stahlschlacke in einer kombinierten Mischung in das Aufgabeende des Ofens eingebracht werden; und
Fig. 4 eine Fließbilddarstellung eines alternativen Verfahrens ist, bei dem das Beschickungsmaterial und die Stahlschlacke getrennt in das Aufgabe- oder Beschickungsende des Drehrohrofens eingebracht werden.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Zugabe von Stahlschlacke zu dem Ofenbeschickungsmaterial als eine getrennte Komponente an dem Beschickungsende des Zementdrehrohrofens in verschiedenen Teilchengrößen bis zu einer Maximaldurchmesser von 51 mm (2"). Größtenteils besitzt Stahlschlacke Teilchen mit einem Durchmesser unterhalb 51 mm (2") und somit ist ein Zerkleinerungs- und Siebverfahren erforderlich, um lediglich die gewünschte Maximalteilchengröße zu erreichen. Kein Feinzermahlen, Pulverisieren oder Feinzerkleinern von Stahlschlacke ist bei der vorliegenden Erfindung erforderlich. Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Verwendung von verschiedenen Stahlschlacken in einem viel grobkörnigeren Zustand als bisher bekannt bei Zementdrehrohrofenverfahren bereit, welches ermöglicht, daß die Elemente in den chemischen Verbindungen der Stahlschlacke, d. h. C&sub2;S und dergleichen, ein integraler Bestandteil des Zementklinkers werden. Wie von Fachleuten verstanden wird, muß die Chemie der Schlacke verstanden und kontrolliert werden als Teil der Gesamtbestandteile des Zements und somit muß die Menge der zu dem Beschickungsmaterial zugefügten Stahlschlacke mit den Beschickungsmaterialien und deren chemischen Verbindungen ausgeglichen sein.
In einem Laborofenbrenntest von 100%iger Schlacke wurde der Schmelzpunkt der Stahlschlacke bestimmt und welcher der Schlüssel ist zu deren Verwendung in einem Zementofen. Wie aus Tabelle I erkannt werden kann, wurde der Schmelzpunkt auf 1000ºC (2372ºF) bestimmt, was die Zugabe der Schlacke zu dem Beschickungsende des Ofens mit recht großen Teilchengrößen von bis zu 51 mm (2")-Durchmesser ermöglicht. Tabelle I Stahlschlacke Laborofenbrand
Die in Tabelle I dargestellten Tests wurden 15 Minuten bei jeder Temperatur betrieben mit einer Schlackengröße von etwa 3/8"-Teilchen. Als ein Ergebnis dieser Tests wurde ermittelt, daß die Schlacke eine Aufschlämmung in dem Kettenabschnitt des Drehrohrofens nicht verdickt, keine Schlammringe bewirkt oder ein Staubverlust auf Grund der Teilchengröße zunimmt. Weiter reduziert sie den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 2, 2%. Die Stahlschlacke beginnt zu schmelzen und verbindet sich mit anderen Ausgangsmaterialien irgendwo zwischen der Kalzinierungszone und der Brennzone in dem Drehrohrofen. Auf Grund des niedrigen Schmelzpunkts ist es nicht notwendig, dieses Material wie in dem Stand der Technik fein zu zermahlen, zu pulverisieren oder fein zu zerkleinern, was erfordert, daß 80% des Materials durch ein 75 mm (200-mesh)-Sieb paßt für eine chemische Verbindung mit anderen Bestandteilen. Eine C&sub2;S-Bildung ist in der Stahlschlacke bereits vollendet und eine C&sub3;S-Bildung findet in dem Drehrohrofen in der gleichen Temperaturzone statt, wo sie schmilzt. Eine Röntgenstrukturanlayse der Stahlschlacke zeigt, daß die Zusammensetzung ein hoch gefluxtes Beta-(β)-Dicalciumsilicat 2 CaO.SiO&sub2; (C&sub2;S) ist. Diese Verbindung kann mit Zusatz von CaO zu 3CaO.SiO&sub2; (C&sub3;S) in der Brennzone des Drehrohrofens umgewandelt werden. C&sub3;S ist die festigkeitstragende Hauptverbindung in Zement.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 veranschaulicht. Die Vorrichtung 10 schließt den Drehrohrofen 12 ein, auf gut bekannte Art und Weise gestützt durch Flanche 14, welche mit dem Ofen rotieren. Der Ofen weist ein Beschickungsende 16 und ein Wärmeende oder eine Brennzone 18 auf. Das Wärmeende 18 ist bezüglich des Beschickungsendes 16 nach unten geneigt, wie es aus dem Stand der Technik gut bekannt ist. Eine Brennstoffquelle 20 erzeugt eine Flamme 22 in dem Wärmeende 18 des Drehrohrofens 12, um eine Temperatur von etwa 1500ºC (2732ºF) bereitzustellen. Zementausgangsmaterialien oder Beschickungsmaterial, wie z. B. Kalkstein, Ton, Sand oder dergleichen, wird durch ein Förderband 24 mit variabler Geschwindigkeit zu dem Drehrohrofen 12 gebracht. Wenn eine nasse Aufschlämmung verwendet wird, wird das Förderband 24 mit variabler Geschwindigkeit das Beschikkungsmaterial zu einer Mühle 26 und von der Mühle 26 zu dem Beschickungsende 16 des Drehrohrofens 12 befördern. Das Beschickungsmaterial bewegt sich in einem Strom 28 durch den rotierenden Ofen 12 auf die Flamme 22 zu. Die gut bekannten chemischen Verfahren finden innerhalb des Ofens 12 statt und der Zementklinker 30 verläßt das Wärmeende 18 des Ofens 12 zur weiteren Verarbeitung. Kontrollgeräte 32 und 34 für eine Umweltverschmutzung, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind, sind an dem Wärmeende bzw. Beschickungsende des Ofens 12 vorhanden. An dem Wärmeende 18, außerhalb des Kontrollgeräts 32 für Umweltverschmutzung werden Abluftgase 38 in die Atmosphäre ausgestoßen und regenerierte Abfallprodukte 40 werden zurückgewonnen.
An dem Beschickungsende 16 entfernt das Kontrollgerät 34 für Umweltverschmutzung die Abluftgase 36, welche ausgestoßen werden, und regeneriert die Abfallprodukte an 42.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Stahlschlacke 44 durch eine Fördereinrichtung 46, wie z. B. ein Förderband mit variabler Geschwindigkeit, zu dem Beschickungsmaterial 48 transportiert, das durch einen Staubtrichter 56 (Fig. 2) an dem Beschickungsende 16 des Drehrohrofens 12 hindurchgeführt wird. Ein Steuergerät 25 kontrolliert die Geschwindigkeit der Förderbänder 24 und 46, so daß der richtige Anteil von Stahlschlacke 44 relativ zu dem Beschickungsmaterial, abhängig von dessen chemischen Zusammensetzungen, bereitgestellt wird. Eine solche Kontrolle ist aus dem Stand der Technik gut bekannt und wird nicht im Detail diskutiert.
Fig. 2 ist eine diagrammatische Darstellung der Vorrichtung zum Bereitstellen eines getrennten Aufgabegutes der Stahlschlacke und des Beschickungsmaterials in das Aufgabeende des Drehrohrofens 12. In Fig. 2 kann erkannt werden, daß die Stahlschlacke 50 in einen Fülltrichter 52 getropft und durch ein Fördersystem 54 aufwärts transportiert wird, wo es sich bei 55 ablagert, um so durch den Staubtrichter 56 zu dem Aufgabeende 16 des rotierenden Ofens 12 hindurchzugelangen. Die Beschickung des Materials zu dem Aufgabeende des Ofens kann auf irgendeine gut bekannte Art und Weise erfolgen. Auf ähnliche Art und Weise wird das Beschickungsmaterial 58 in einen Fülltrichter 60 getropft, wo es durch Fördermittel 62 aufwärts transportiert und bei 64 in den Fülltrichter 56 getropft wird zum Eintragen in das Aufgabeende 16 des Drehrohrofens 12. Sowohl die Vorrichtung aus Fig. 1 als auch aus Fig. 2 liefert die gewünschten Ergebnisse.
Tabelle II legt die Ergebnisse der chemischen Analyse von sechs Stichproben von Stahlschlacke dar, die von einem Stahlschlackenvorrat genommen worden sind. Natürlich kann die chemische Analyse der Stahlschlacke von den Werten in Tabelle II, abhängig von der Schlacke, variieren. Tabelle II Stahlschlacke
Es kann erkannt werden, daß die Stahlschlackenzusammensetzungen sehr einheitlich und für die Herstellung von Zement geeignet sind. Es kann ebenfalls erkannt werden, daß der durchschnittliche freie Kalk 0,5% beträgt und daß der durchschnittliche LOI (Glühverlust) 1,4 ist. Die freie Feuchtigkeit ist 1%, und die gebundene Feuchtigkeit beträgt 1%.
Eine Röntgenstrukturanalyse der Stahlschlacke zeigt, daß die Zusammensetzung hoch gefluxtes Beta-(β)-Dicalciumsilicat 2CaO.SiO&sub2; (C&sub2;S) ist. Diese Verbindung kann in der Brennzone unter Verwendung von zusätzlichem CaO zu 3CaO.2SiO&sub2; (C&sub3;S) umgewandelt werden.
Die Reaktion ist 2CaO.SiO&sub2; + CaO + Wärme → 3CaO.SiO&sub2;. C&sub3;S ist die Haupfestigkeitsverbindung in Zement.
Tabelle III veranschaulicht die typischen Mischberechnungen für ein Beschickungsmaterial mit 0% Stahlschlacke, 89,67% Kalkstein, 4,42% Schiefer, 4,92% Sand und 0,99% Schiefer. Tabelle III Typ I LA Mischberechnung - 0%Schlacke
Tabelle IV veranschaulicht die Mischberechnungen für ein Beschickungsmaterial aus 90.79% Kalkstein, 3,64% Schiefer, 5,36% Sand und 0,21% Erz mit dem Zusatz von 5% Schlacke, und Tabelle V veranschaulicht die Mischberechnungen für ein Beschickungsmaterial aus 91,43% Kalkstein, 2,75% Schiefer, 5,82% Sand und 0% Erz mit dem Zusatz von 10% Schlacke. Tabelle IV Typ I LA-Mischberechnung - 5% Schlacke Tabelle V Typ I LA-Mischberechnung-10% Schlacke
Aus den Tabellen III, IV und V kann klar erkannt werden, daß der Zusatz von Schlacke geeignet ist als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Zementklinker.
Fig. 3 veranschaulicht das Verfahren der vorliegenden Erfindung, wobei das Beschickungsmaterial und Stahlschlacke, wie in Fig. 1 veranschaulicht, vor Eintritt in den Ofen an dessen Beschickungsende vereinigt werden. Bei Schritt 76 wird das Beschickungsmaterial bereitgestellt und bei Schritt 78 mit der Stahlschlacke, welche zerkleinert und gesiebt worden ist, um einen Maximaldurchmesser von 51 mm (2 inch) bei Schritt 80 zu erhalten, vereinigt. Das ver einigte Material wird dann in das Beschickungsende des Drehrohrofens bei Schritt 82 eingebracht.
In Fig. 4 speist das Verfahren die Stahlschlacke und das Beschickungsmaterial in das Beschickungsende des Drehrohrofens getrennt ein, wie veranschaulicht in Fig. 2. In einem solchen Fall wird bei Schritt 66 das Beschickungsmaterial bereitgestellt und durch ein Fördermittel bei Schritt 68 zu dem Einlaß- oder Beschickungsende des Drehrohrofens befördert. Die Stahlschlacke wird zermahlen und gesiebt, um einen Maximaldurchmesser von 51 mm (2") bei Schritt 72 zu erhalten, und das resultierende Endprodukt wird bei Schritt 74 zu dem Einlaß- oder Beschickungsende des Drehrohrofens befördert. Bei Schritt 70 werden das Beschikkungsmaterial und die Stahlschlacke in dem Drehrohrofen erhitzt, bis Zementklinker gebildet ist.
Somit ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden von Zementklinker offenbart, mit dem Zusatz von grobkörniger Stahlschlacke, welche mit dem Beschickungsmaterial in das Beschickungsende des Drehrohrofens eingebracht wird. Grobkörnige Stahlschlacke wird hierin definiert als Stahlschlacke, welche zerkleinert und gesiebt worden ist, um einen Maximaldurchmesser von 2" aufzuweisen. Viele Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung erhalten. Kein Feinzermahlen, Pulverisieren oder Feinzerkleinern der Schlacke ist notwendig. Große Mengen grobkörniger Schlacke bis zu einer Teilchengröße von 2" können in die Zementklinkerzusammensetzung eingebaut werden mit lediglich kleinen chemischen Änderungen, die in der regulären Materialeinspeisung für den Drehrohrofen erforderlich sind.
Keine Trocknung der Schlacke ist erforderlich. Die inhärente Feuchtigkeit beträgt normalerweise ein bis sechs Prozent. In dem Naßverfahrendrehrohrofensystem ist eine beträchtliche Feuchtigkeitsreduzierung und Einsparungen verwirklicht. In dem Trockenverfahrendrehrohrofensystem kann die Stahlschlacke getrocknet werden, dies ist jedoch nicht notwendig.
Mit der vorliegenden Erfindung kann grobkörnige Stahlschlacke bei der Herstellung von Zementklinkern über den Drehrohrofen als Teil des anfänglichen Beschickungsmaterials verwendet werden. Die Stahlschlacke und nasses (oder trockenes) Beschickungsmaterial werden in das Beschickungsende des Drehrohrofens als getrennte Materialien eingespritzt. Sie können ebenfalls zusammen nach vorheriger Mischung an dem Einspeisungseingang des Ofens eingespritzt werden. Kein Verstopfen des Ofens wurde beobachtet auf Grund von Schlamm ring- oder Klinkeraufbau. Sowohl bei den Naß- als auch den Trockenverfahrendrehrohröfen weist die Stahlschlacke einen Reinigungseffekt hinsichtlich Materialaufbau auf, wenn sie sich durch den Ofen bewegt.
Lediglich leichte chemischen Änderungen sind erforderlich für das normale Beschickungsmaterial, um die Stahlschlacke aufzunehmen. Dies bedeutet normalerweise, daß das Beschickungsmaterial einen reicheren Kalkgehalt aufweisen muß. Die chemische Verbindungsstruktur der grobkörnigen Stahlschlacke transformiert zu der gewünschten Zementklinkerstruktur während der Wärmebehandlung innerhalb des Drehrohrofens durch Diffusion. Da Feinzermahlen, Pulverisieren oder Feinzerkleinern der Stahlschlacke nicht erforderlich ist, werden beträchtliche Energieeinsparungen verwirklicht unter Verwendung dieser Erfindung, um Zementklinker herzustellen. Produktionszunahmen sind zumeist proportional zu der Menge an verwendeter Schlacke. Überdies verbessert sich die Umweltbedingung des Drehrohrofenverfahrens, auf Grund des geringen Gehalts flüchtiger Stoffe der Stahlschlacke. Überdies verbessert das Wiedergewinnen der Stahlschlacke die Umwelt und stellt eine nützliche Absatzmöglichkeit für Stahlschlacke bereit, als daß die Stahlschlacke riesige Landschaftsbereiche zur Lagerung beanaprucht. Somit verbessert das Wiedergewinnen der Stahlschlacke die Umwelt und reduziert die Kosten der Zementherstellung beträchtlich.
Während die Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es nicht beabsichtigt, den Umfang der Erfindung auf die besondere, dargelegte Form zu begrenzen, sondern, im Gegenteil, ist es beabsichtigt, solche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, welche innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie definiert durch die angefügten Ansprüche, eingeschlossen sein können.

Claims

1. Ein Verfahren zur Zementklinkerherstellung unter Verwendung eines länglichen Zementdrehrohrofens mit einem Beschickungsende und einem Wärmeende, welches die Schritte umfaßt:

Lenken von Wärme aus einer Wärmequelle in besagtes Wärmeende des Ofens;

Einführen eines Stroms von Beschickungsmaterial, welches Kalk enthält, in besagtes Beschickungsende des Ofens, so daß der Strom von Beschickungsmaterial sich auf besagte Wärme an dem Wärmeende des Ofens zubewegt; und

Zufügen einer Menge von Stahlschlacke zu besagtem Strom von Beschickungsmaterial an besagtem Beschickungsende des Ofens, so daß, während der Strom von Beschickungsmaterial und Stahlschlacke sich auf besagtes Wärmeende zubewegt, die Stahlschlacke durch besagte Wärme geschmolzen wird und in das Beschickungsmaterial diffundiert, um Zementklinker zu bilden,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Menge an Stahlschlacke vor Einführen in das Beschickungsende des Ofens zerkleinert und gesiebt wird.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter den Schritt des Zerkleinerns und Siebens besagter Stahlschlacke einschließt, um Teilchen mit einem maximalen Durchmesser von im wesentlichen 51 mm (2") zum Zufügen zu besagtem Strom von Beschickungsmaterial zu erhalten.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stahlschlacke dem Beschickungsende des Ofens als ein Material getrennt von dem Beschickungsmaterial zugefügt wird.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stahlschlacke und das Beschickungsmaterial vor Einführen in das Beschickungsende des Ofens gemischt werden.

5. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-4, welches einen Naßverfahrendrehrohrofen verwendet, um den Strom aus Beschickungsmaterial und Stahlschlacke aufzunehmen.

6. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-4, welches weiter den Schritt des Verwendens eines Trockenverfahrendrehrohrofens einschließt, um den Strom aus Beschickungsmaterial und der Stahlschlacke aufzunehmen.

7. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-6, wobei besagte Stahlschlacke eine chemische Zusammensetzung von 2CaO.SiO&sub2; (C&sub2;S) aufweist.

8. Eine Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-7, welche mit einem länglichen Zementdrehrohrofen mit einem Beschickungsende und einem Wärmeende versehen ist, wobei das Wärmeende bezüglich des Beschickungsendes nach unten geneigt ist, ebenso mit einer Wärmequelle zum Lenken von Wärme in das Wärmeende, wobei besagte Vorrichtung weiter umfaßt:

Mittel zum Einführen eines Stroms von Beschickungsmaterial, welches Kalk enthält, in besagtes Beschickungsende des Ofens, so daß der Strom von Beschickungsmaterial sich auf besagte Wärme an dem Wärmeende des Ofens zubewegt;

Mittel zum Zerkleinern und Sieben einer Menge von Stahlschlacke; und Mittel zum Zufügen der Menge von Stahlschlacke zu besagtem Strom von Beschickungsmaterial an besagtem Beschickungsende des Ofens, so daß, während der Strom von Beschickungsmaterial und Stahlschlacke sich auf besagtes Wärmeende zubewegt, die Stahlschlacke durch besagte Wärme geschmolzen wird und in das Beschickungsmaterial diffundiert, um Zementklinker zu bilden.