DE2540162C3 - Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Bindemittels und Vorrichtung zur Herstellung desselben - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Bindemittels und Vorrichtung zur Herstellung desselbenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zu'
Herstellung mint-iaiischer Bindemittel und auf ein:
^ orrichtung vnr H<;r'stellung derselben.
Gegenwärtig ist ein thermisches Verfahren zur Gewinnung mineralischer Bindemittel, insbesondere
von Portlandzement bekannt, bei dem das mineralische Bindemittel durch Brennen bzw. Sintern einer entsprechenden
Rohstoffmischung in einem Brennofen mit nachfolgendem Mahlen des angefallenen Sintergutes
gewonnen wird. Die Hauptnachteile dieses Verfahrens sind: seine lange Dauer — in der Regel dauert der
Prozeß mindestens einige Stunden — sowie ein bedeutender Brennstoffverbrauch, der zur Erreichung
ausreichend hoher Temperaturen in den öfen erforderlich ist Normalerweise beträgt die maximale Temperatur
in den öfen 1400- 15000C.
In letzter Zeit wurde ein Verfahren zur Gewinnung mineralischer Bindemittel, insbesondere von Portlandzement,
durch Einwirkung ionisierender Strahlung auf eine entsprechende Rolwtoffmischung, z. B. mit einem
Elektronenstrom bekannt. Wie aus der DL-PS 68 451 zu ersehen ist, wird dieses Verfahren unter Bedingungen
des Hochvakuums bei einer Bewegung des Materials senkrecht zum Elektronenstrom im Selbstfluß auf schief
aufgestellten Ebenen ohne ein Vermischen durchgeführt.
Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem thermischen besteht darin, daß es keinen Brennstoffaufwand
erforderlich macht. Gleichzeitig weist es aber den Nachteil auf, der in der ungleichmäßigen Bearbeitung
des Materials sowie darin besteht, daß es nicht möglich ist, die Elektronenenergie vollständig zu nutzen.
Bekannte Vorrichtungen zur Gewinnung mineralischer Bindemittel gemäß dem obengenannten Verfahren
enthalten eine hermetisch abgedichtete Kammer, die in ihrem oberen Teil eine Beschickungseinrichtung
und im unteren Teil eine Entleerungseinrichtung aufweist. Innerhalb der Kammer sind zwei aneinanderstoßende,
schräg aufgestellte Fließrinnen eingebaut, in denen sich das zu bearbeitende Material — Ausgangsrohstoffmischung
— im Selbstfluß bewegt. Über den Fließrinnen ist eine Quelle einer ionisierenden Strahlung,
meistens eine Quelle eines Elektronenstromes montiert, der vorwiegend senkrecht in bezug auf das zu
bearbeitende (d. h. zu bestrahlende) Material emittiert wird(s. DL-PS 68 451).
Der Hauptnachteil dieser Anlagen besteht darin, daß darin kein Vermischen des Materials vorgesehen ist, die
Anlage hinsichtlich der Schichtstärke sehr empfindlich ist und die konstruktiven Elemente der zerstörenden
Einwirkung der ionisierenden Strahlung ausgesetzt sind.
Bekannt sind ebenfalls Anlagen zur Bearbeitung verschiedener Materialien mit Hilfe der ionisierenden
Strahlung, die ebenfalls eine hermetisch abgedichtete Kammer enthalten, innerhalb der ein horizontales
Transportband angeordnet wird, das die Fortbewegung des zu bearbeitenden Materials in der Arbeitskammer
sichert, sowie eine Quelle eines Stromes beschleunigter Elektronen angeordnet ist, die über dem Transportband
derart aufgestellt ist, daß der Elektronenstrom senkrecht zur Arbeitsfläche des Transportbandes gerichtet
ist (s. US-PS 28 87 584).
Der Hauptnachteil dieser Anlagen besteht darin, daß das Material in denselben ungleichmäßig bearbeitet
wird.
Das Ziel vorliegender Erfindung war die Beseitigung der Nachteile der bekannten Verfahren zur Gewinnung
mineralischer Bindemittel und der Anlagen zu ihrer Herstellung.
Dei Frfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Gewinnung mineralischer Bindemittel
durch Einwirkung eines Strahlenbündels beschleunigter Elektronen zu entwickeln, bei dem eine gleichmäßige
Verteilung des Materials mit dem Elektronenstrom über
das gesamte Volumen gesichert wird, sowie Anlagen zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß bei der Gewinnung minderalischer
Sindemittel mittels Einwirkung eines Strahlenbündels beschleunigter Elektronen auf eine vorher zerkleinerte,
kontinuierlich zugeführte Rohstoffmischung der Rohstoffstrom entgegen dem Elekironenstrom des Bündels
gerichtet und unmittelbar in diesem Strahlenbündel vermischt wird.
Ein derartiges Verfahren erlaubt es, das Material gleichmäßiger zu bearbeiten, die Energie des Elektronenstrahlenbündels
vollständiger zu nutzen und die Konstruktionselemente der Anlage vor der zerstörenden
Einwirkung der Strahlung zu schützen.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Verwirklichung dieses Verfahrens zur Gewinnung mineralischer Bindemittel,
bestehend aus einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer mit einer Quelle für beschleunigte
Elektronen und einem Transportband für die Zuführung des Rohstoffgemisches in die Kammer in die Zone der
Bestrahlung, weist einen innerhalb der Reaktionskammer am Austritt eine- Transporteinrichtung angeordneten
Trichter auf, der Koaxial zur Quelle der beschleunigten Elektronen aufgestellt ist, die seitens der A iirittsöffnung
des Trichters angeordnet ist, innerhalb dessen mindestens ein Vermischungselement mit der Möglichkeit
der Drehung angeordnet ist, das eine gleichmäßige Verteilung des zu bearbeitenden Gemisches in der
Bestrahlungszone sichert. Der Trichter ist vorzugsweise so aufzustellen, daß er mit seinem sich verengenden Teil
auf das Strahlenbündel der beschleunigten Elektronen gerichtet ist.
In einer anderen Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Gewinnung mineralischer Bindemittel,
bestehend aus einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer, einer Beschickungseinrichtung für
die Zuführung des Rohstoffgemisches und aus einer Quelle für beschleunigte Elektronen, besteht erfindungsgemäß
die Reaktionskammer aus einer umlaufenden Trommel, die in Richtung von der Beschickungseinrichtung
weg zur Quelle der beschleunigten Elektronen hin geneigt ist, wobei die Achse der Quelle derart unter
einem Winkel zur Achse der Trommel schräg aufgestellt ist, daß die Elektronen des Strahlenbündels den
Materialfluß des zu behandelnden Gemisches entgegengesetzt gerichtet sind. Vorzugsweise sind am Innenteil
der Trommel im Bereich der Bestrahlungszone einige spiralenförmige Windungen vorhanden, die derart
angeordnet sind, daß sie beim Drehen der Trommel dem Rohstoffgemisch eine entgegengesetzt zur Hanptbewegung
gerichtete Bewegung erteilen. Die spiralenföimigen Windungen können mittels Querstegen untereinander
verbunden werden. Das Trommelgehäuse ist vorteilhafterweise mit einer Wärmeisolierung zu versehen.
Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus einer konkreten Beschreibung von Ausführungsbeispielen
des vorgeschlagenen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt
Fig. 1 ein Diagramm der Verteilung der aufgenom
menen Elektronenenergie in der Schichtstärke, wobei auf der
Abszissenachse des Diagramms die Massenstärke der Schicht R in g/cm2 angegeben wird und auf der
Ordinatenachse die relative aufgenommene Elektronenenergie £ist.
Die Diagrammkurve zeigt die Abhängigkeit der aufgenommenen Energie von der Schichtstärke des
aufnehmenden Materials,
der bchraffierte Abschnitt des Diagramms zeigt die aufgenommene Nutzenergie £
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Anlage zur
Gewinnung mineralischer Bindemittel mii einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer und einem
Transportband zur Zuführung von Rohstoffgemischen in die Kammer,
Fig. 3 eine Anlage zur Gewinnung mineralischer Bindemittel mit einer umlaufenden Trommel und einer
Beschickungseinrichtung, schematisch dargestellt,
Fi g. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der F i g. 3.
Wie auf dem Diagramm (Fig. 1) gezeigt, wird beim Durchgehen eines Elektrons durch einen Werkstoff seine Energie von diesem Stoff nicht gleichmäßig absorbiert. Es gibt dabei eine Zone, in der eine maximale Menge an Energie und eine Zone, in der eine minimale Menge an Energie absorbiert wird.
Fi g. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der F i g. 3.
Wie auf dem Diagramm (Fig. 1) gezeigt, wird beim Durchgehen eines Elektrons durch einen Werkstoff seine Energie von diesem Stoff nicht gleichmäßig absorbiert. Es gibt dabei eine Zone, in der eine maximale Menge an Energie und eine Zone, in der eine minimale Menge an Energie absorbiert wird.
Zur vollständigen Durchführung des Prozesses im gesamten Materialvolumen ist es erforderlich, daß in
der Zone der minimalen Absorption eine ausreichende Menge an Energie freigesetzt wird, dabei ist aber nur die
durch den schraffierten Abschnitt des Diagramms angegebene Energie Nutzenergie Die Energie oberhalb
dieses Abschnitts wird für eine Überbestrahlung des Materials nutzlos verbraucht, und die Energie rechts
neben dem schraffierten Abschnitt greift die Konstruktionselemente der Anlage an. Die Vergrößerung der
Materialschicht (Zone der minimalen Absorption verschiebt sich nach rechts) vergrößert den Anteil der
Energie, die zur Liberbestrahlung verbraucht wird, die Verringerung der Materialschicht (Zone der minimalen
Absorption verschiebt sich nach links) vergrößert die Einwirkung von Elektronen auf die Konstruktionselemente
der Anlage.
Bei einer Bewegung des Materials entgegengesetzt dem Elektronenstrom befinden sich die Materialteiichen
während der Bestrahlung nicht ständig in irgendeiner bestimmten Zone, sondern durchströmen sämtliche
Bestrahlungszonen und absorbieren insgesamt eine Energie, die in ihrer Größe die für den Abschluß des
Prozesses erforderliche Energie nicht übersteigt, was den unproduktiven Energieverbrauch für eine Überbestrahlung
beseitigt; dabei wird die gesamte Energie des Strahlenbündels der beschleunigten Elektronen an die
Materialschicht abgegeben, was die Einwirkung der Bestrahlung auf Konstruktionselemente der Anlage
ausschließt.
Die Vorrichtung zur Gewinnung mineralischer Bindemittel (Fig. 2) enthält eine hermetisch abgedichtete
Reaktionskammer 1, innerhalb der der Trichter 2 eingebaut ist, der am Austritt der Transporteinrichtung
3 aufgestellt ist, die der Kammer 1 ein Rohstoffgemisch
4 (Material) zuführt, das über die Beschickungseinrichtung 5 eintritt. Es können bekannte Transportvorrichtungen
eingesetzt werden. Hier wird eine in ein Gehäuse eingebaute Förderschnecke eingesetzt. Im
oberen Teil der Reaktionskammer 1 wird koaxial zum Trichter 2 und über ihm eine Quelle 6 für beschleunigte
Elek'.ronen aufgestellt, wodurch sich das \ on der Quelle
6', 6 ausgestrahlte Elektronenstrahlenbündel entgegengesetzt
dem Materialstrom bewegt, der aus dem Trichter 2 austritt.
Die Quelle 6 für beschleunigte Elektronen wird mehl
eingehend beschrieben, da diese Apparate bekannt sind und Information über diese leicht zugänglich ist.
Der Trichter 2 kann unterschiedlich in bezug auf die Quelle aufgestellt werden. Zweckmäb,gerweise ist der
Trichter 2 mit einem sich am oberen Ende ebenfalls ?·
verjüngenden Teil 7 ausgeführt und mit diesem Teil 7 gegenüber dem Strahlenbündel der beschleunigten
Elektronen aufgestellt. Zur Vermischung des Materials unmittelbar in der Bestrahlungszone ist innerhalb des
Trichters 2 ein Element 8 montiert, das mit einem Antriebsmechanismus 9 versehen ist. Der Antriebsmechanismus
9 ist im konkreten Fall als Kegelradpaar in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse ausgeführt.
Dabei ist eines der Kegelräder an der Stirnseite der Förderschnecke befestigt, und an der Achse des anderen
ist das Element 8 befestigt. Das Element 8 zur Vermischung des Rohstoffgemisches 4 kann z. B. in
Form einer Schaufel ausgeführt werden. Die Anzahl der Elemente 8 zum Vermischen kann unterschiedlich sein.
Im unteren Teil ist die Reaktionskarnmer 1 mit einer Entleerungseinrichtung 10 verbunden, die zur Aufnahme
des bearbeiteten Rohstoffgemisches — des Fertigproduktes — vorgesehen ist.
Zum Absaugen von Gasen, die bei der Bestrahlung des Rohstoffs entstehen, ist die Reaktionskammer 1 mit
dem Ableitungsrohr 11 versehen, das mit einer Absaugvorrichtung 12 verbunden ist. Zur Ableitung und
Verwertung von Wärme, die dem bearbeiteten Material entnommen wird, ist die Entleerungseinrichtung 10 mit
einer Wärmeleitung 13 verbunden.
Die in F i g. 2 abgebildete Anlage hat folgende Funktionsweise.
Das Rohstoffgemisch 4 kommt bei normaler Temperatur bzw. vorher angewärmt durch die Beschickungseinrichtung
5 auf die Transporteinrichtung 3, die, wie oben erwähnt, als Förderschnecke ausgeführt ist. Das
Rohstoffgemisch 4 wird mit der Förderschnecke zum Trichter 2 gefördert, der an ihrem Ende montiert ist. Die
Fördergeschwindigkeit des Rohstoffgemisches 4 wird in Abhängigkeit von der Strahlungstärke so gewählt, daß
während des Verweilens des Rohstoffgemisches 4 in der
Zone der Einwirkung des Elektronenstromes dieses Gemisch 4 eine für die Erreichung der erforderlichen
Eigenschaften genügende Energiedosis bekommt. Im Trichter 2 bewegt sich das Rohstoffgemisch 4
entgegengesetzt dem Strom der beschleunigten Elektronen, die von der Quelle 6 emittiert werden. Im
Prozeß der Bestrahlung wird das Rohstoffgemisch 4 durch das Element 8 vermischt. Die im Prozeß der
Bestrahlung entstehenden Gase werden durch das Rohr ,11 abgeleitet. Das bearbeitete Material tritt aus dem
Trichter 2 im Selbstfluß in die Entleerungseinrichtung 10 ein, wo ihm die Wärme entnommen wird, die durch die
Wärmeleitung 13 zum vorläufigen Anwärmen des auf das Transportband 3 anfallenden Rohstoffgemisches 4
zugeführt wird.
Das vorgeschlagene Verfahren kann ebenfalls mit Hilfe einer Anlage (Fig.3) durchgeführt werden, die
eine hermetisch abgedichtete Reaktionskammer — eine umlaufende Trommel 14 — enthält, die schräg in
Richtung von der Beschickungseinrichtung 15 weg zur Quelle 16 der beschleunigten Elektronen hin aufgestellt
ist Das Drehen der Trommel 14 erfolgt vom Antrieb 17, einer beliebigen bekannten Antriebsvorrichtung. Die
Beschickungseinrichtung 15 ist zur Zufuhr des Rohstoffgemisches 4 zur Trommel 14 gedacht, mit der sie
kommuniziert.
das Vorhandensein an ihrer Innenoberfläche in der Bestruhlungszone von einigen spiralenförmigen Windungen
18 vor. die zur Beförderung des Rohstoffgemisches 4 entgegengesetzt zu seiner Hauptbewegung
geeignet sind.
Zweckmäßigerweise sind die Windungen 18 mit Stegpkmen 19 zu verbinden, die das Vermischen des
Materials verbessern.
Die Windungen 18 und die Stegplatten 19 müssen solche Ausmaße aufweisen, daß sie lediglich die den
Wänden der Trommel 14 am nächsten liegenden Schichten des Materials mitreißen, auf die das
Strahlenbündel der Elektronen nicht einwirkt, die von der Quelle 16 emittiert werden.
Die Quelle 16 wird so angeordnet, daß ihre Achse derart zur Achse der Trommel 14 geneigt ist, daß die
Elektronen des Strahlenbündels entgegengesetzt dem Materialfluß des zu behandelnden Gemisches (4)
gerichtet sind.
In den Innenraum der umlaufenden Trommel 14 ist
ein Absaugrohr 20 eingeführt, das mit der Absaugvorrichtung 21 kommuniziert, die zur Beseitigung und
Verwertung von Gasen vorgesehen ist, die bei der Bestrahlung des Rohstoffgemisches 4 entstehen.
Eine der Varianten der Vorrichtung sieht die Ausführung einer Wärmeisolierung 22 am Gehäuse der
Trommel 14 zwecks einer vollständigeren Nutzung von Wärme vor, die bei der Bestrahlung des Rohstoffgemisches
4 entsteht.
Die Trommel 14 ist mit einer Entleerungseinrichtung 23 verbunden, zu der das bearbeitete Rohstoffgemisch
— das Fertigprodukt — gelangt. Die Entleerungseinrichtung
23 ist mit einer Wärmeleitung 24 verbunden, die zur Ableitung der Wärme dient, die dem
bearbeiteten Material entnommen wird.
Die oben beschriebene Vorrichtung hat folgende Funktionsweise. Das Rohstoffgemisch 4 wird bei
normaler Temperatur bzw. vorher etwas angewärmt aus der Beschickungseinrichtung 15 der umlaufenden
Trommel 14 zugeführt. Infolge der Neigung und Drehung der Trommel 14 bewegt sich das Gemisch 4
entgegengesetzt dem Strom der beschleunigten Elektronen und vermischt sich gleichzeitig. Die spiralenförmigen
Windungen 18, verbunden durch die Stegplatten 19, reißen die unteren Schichten des Rohstoffgemisches
4 mit, heben sie hoch und versetzen sie gleichzeitig nach hinten, was die Vermischung des Rohstoffgemisches 4
verbessert und den Austritt des nicht bearbeiteten Materials aus der Trommel 14 verhindert
Infolge der entgegengesetzten Bewegung des Mate rials und seiner Vermischung ist es nach dem
Durchgehen der Bestrahlungszone gleichmäßig bearbeitet und hat die für den Abschluß des Prozesses
erforderliche Menge an Energie absorbiert Die aus dem Rohstoffgemisch 4 bei seiner Bestrahlung abgesonderten Gase werden aus der Trommel 14 unter
Zuhilfenahme des Absaugrohres 20 und der Absaugvorrichtung 21 abgeleitet
Die Quelle 16 für beschleunigte Elektronen wird außerhalb der umlaufenden Trommel 14 so angeordnet,
daß die Gegenstrombewegung des Rohstoffgemisches 4 gegenüber dem Elektronenstrom gegeben ist, was die
Notwendigkeit ausschließt, die Höhe der Materialschicht in der Trommel 14 zu regela
Das bearbeitete Rohstoffgemisch gelangt aus der Trommel 14 im Selbstfluß zur Entleerungseinrichtung
23, wo die Wärme abgezogen wird, die durch die Wärmeleitung 24 zur vorherigen Anwärmung des
Rohstoffgemisches 4 verwendet wird, mit dem die umlaufende Trommel 14 beschickt wird.
Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann jedes mineralische Bindemittel gewonnen werden,
darunter alle Abarten von Portlandzement und tonerdehaltigem Zement, Gips- und Dolomitbindemittel.
Claims (7)
- Patentansprüche:J. Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Bindemittels durch Einwirkung eines Strahlenbündels beschleunigter Elektronen auf die vorher zerkleinerte, kontinuierlich zugeführte Rohstoffmischung, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Rohstoffgemisches (4) gegen den Elektronenstrom des Strahlenbündels gerichtet wird und daß das Rohstoffgemisch in diesem Strahlenbündel vermischt wird.
- 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines mineralischen Bindemittels nach Anspruch 1, bestehend aus einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer mit einer Quelle für beschleunigte Elektronen und einer Trani;porteinnchtung zur Zuführung von Rohstoffgemischen in die Kammer in die Bestrahlungszone, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Reaktionskammer (1) am Austritt der Transporteinrichtung (3) ein Trichter (2) koaxial zur Quelle (6) für beschleunigte Elektronen aufgestellt ist, die seitens der Austrittsöffnung des Trichters (2) angeordnet ist, wobei innerhalb des Trichters (2) drehbar mindestens ein Vermischungselement (8) derart angeordnet ist, daß eine gleichmäßige Verteilung des zu bearbeitenden Gemisches (4) am Austritt des Trichters (2) in der Bestrahlungszone gesichert ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter (2) dem Strahlenbündel der beschleunigten Elektronen mit einem verengten Teil (7) zugewandt ist.
- 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer, einer Beschikkungseinrichtung zur1 Zufuhr von Rohstoffgemischen in die Kammer und einer Quelle für beschleunigte Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer aus einer umlaufenden Trommel (14) besteht, die in Richtung von der Beschickungseinrichtung (15) weg zur Quelle (16) der beschleunigten Elektronen hin geneigt ist, wobei die Achse der Quelle (16) derart unter einem Winkel zur Achse der Trommel (14) geneigt ist, daß die Elektronen des Strahlenbündels entgegengesetzt dem Materialfluß des zu behandelnden Gemisches (4) gerichtet sind.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innenligende Teil der Trommel (14) in der Bestrahlungszone einige spiralförmige Windungen (18) aufweist, die derart angeordnet sind, daß sie beim Drehen der Trommel (14) das Rohstoffgemisch (4) entgegengesetzt zu seiner Hauptbewegung fördern.
- 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmigen Windungen (18) miteinander durch Stegplatten (19) verbunden sind.
- 7. Anlage nich Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Trommel (14) eine Wärmeisolierung (22) aufweist.
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