DE3418685A1 - Verfahren zur thermischen behandlung von kalkhaltigen mineralischen rohstoffen - Google Patents

Description

3413685

Anlage zum Patentgesuch der
Kl cjckn er -Humboldt -Deut ζ
Aktiengesellschaft

vom 18. Mai 1984

Verfahren zur thermischen Behandlung von kalkhaltigen mineralischen Rohstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von kalkhaltige und/oder andere karbonatische Komponenten enthaltenden mineralischen Rohstoffen, insbesondere zur Herstellung von ßrennproaukten wie Branntkalk, Zement, Magnesit, Dolomit und ähnliches, wobei die Rohstoffe zonenweise zuerst in einer Vorwärmzcne im direkten Wärmeaustausch, mit heiße-m Gas aus einer Brennzone vorgewärmt, sodann in der Brennzone calciniert und erforderlichenfalls gesintert und zuletzt in einer Kühlzone gekühlt werden.

,. _x ■ Beim Brennen von carbonatische Komponenten enthaltenden mineralischen Rohstoffen der eingangs genannten Art in einem Brennaggregat, insbesondere mit einem Schwebegasvorwärmer, ist es üblich, das Aufgabegut in Form von Rohmehl zu verwenden.

Einer der hierfür maßgebenden Gründe liegt darin, daß die Erwärmungszeit mineralischer Teilchen im Gasstrom wesentlich von der Teilchengröße abhängt, wie beispielsweise in der Veröffentlichung "Zement-Data-Book" von DUDA, Bauverlag GmbH, Wiesoaden und Berlin, 2. Auflage, 1977, Seite 381, Fig. 20.3 im Diagramm aaryesxeJ.it und im Text erläutert ist.

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Beispielsweise beträgt hierbei die Durchlaufzeit eines Rohmaterialteilchens in einer Mehlfeinheit zwischen 0,1 und 0,2 mm durch einen vierstufigen ZyKlonwärmetauscher mit einer Höhe von ca. 50 m von der Rohmaterialaufgabe bis zum Drehofeneinlauf etwa 50 see. ;

Während dieser Durchlaufzeit wird Rohmehl von etwa 50 ⁰C auf etwa 800 ⁰C erwärmt, wobei die aufsteigenden Ofengase von etwa 1100 ⁰C bis auf etwa 330 ⁰C gekühlt werden. Die Gas- und Materialgeschwindigkeit in den Steigrohren beträgt etwa 20 bis 22 m/s.

Wegen dieses guten und spontanen Wärmeübergangseffektes war man bisher bestreot, das zu brennende Gut in Mehlfeinheit etwa 100 % <C 200 /um der Anlage aufzugeben.

Aus der gleichen Veröffentlichung ist gemäß Kapitel 5.1. "Mahlung in der Zementerzeugung" bekannt., daß etwa 85 % der gesamten für das Brenngut aufzuwendenden Energie auf die Rohstoff-Zerkleinerung und Mahlung entfallen, und hiervon allein 75 % auf die Mahlung des Rohmaterials und des Klinkers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunae-, einen wesentlichen Teil der bei der thermischen Behandlung von kalkhaltige und/oder andere karbonatische Komponenten enthaltenden mineralischen Rohstoffen, insbesondere zur Herstellung von Brennprodukten wie Branntkalk, Zement, Magnesit-, Dolomit und- ähnliche aufzuwendenden Energie, und insbesondere die auf das Mahlen der mineralischen Rohstoffe entfallende Energie, sowie den hierfür erforderlichen maschinellen Aufwand einschließlich der entsprechenden Investit Ions- und Betriebskosten beispielsweise für eine Mahlanlage zu sparen oder zumindest wesentlich zu verringern.

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Qxe Lösung der Aufgabe gelingt mit der in den Patentansprüchen gekennzeichneten Erfindung.

Dadurch, daß beim Verfahren der eingangs genannten Art zumindest die Träger der kalkhaltigen und/oder anderer karbonatischer Komponenten des Rohstoffes mit einer Aufgabekörnung zwischen 0 und 25 mm der Vorwärmzone aufgegeben werden, gelingt es in überraschender Weise in Abkehr von einer bisher feststehenden Regel des technischen Handelns durch Aufgabe der Rohstoffe in Form von RohmenI, sowohl ein einwandfreies Endprodukt herzustellen, als auch die hierbei aufzuwendenden Kosten für Energie und maschinellen Aufwand signifikant zu verringern.

Offenbar ist dies auf die von der Fachwelt bisher nicht genügend beachtete beziehungsweise gewürdigte Erscheinung zurückzuführen, daß nämlich Kalkstein bei relativ rascher Aufheizung auf Temperaturen, welche unter veränderung der Struktur im Kristallgitter zum Austreiben des Kristallwassers und danach zum Austreiben von Kohlendioxid führen, in der Hitze zerfallen beziehungsweise zersprengt werden.

Anders ware eine Erklärung dafür nicht zu finden, daß trotz Aufgabe der kalkhaltigen mineralischen Komponente in Einzelstückgrößen bis zu 25 mm ein Brennprodukt wie beispielsweise Klinker von hoher Qualität durch Alitbildung aus der homogenen Schmelzphase herstelloar ist, aber auch Branntkalk, Magnesit, Dolomit und ähnliche Brennprodukte.

Es ist das Verdienst des Erfinders, die hierbei wirksam werdenden physikalischen Zusammenhänge erstmals erkannt und für eine wirtschaftlichere Herstellung der genannten Brennprodukte genutzt zu haben.

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Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die kalkhaltige Komponente vorzugsweise mit einer Aufgabekürnung zwischen 0 und 4 mm einem Brennaggregat aufgegeben -wird. . .

Auch hierbei-wird zum Vorteil der Herstellungskosten die Vermahlung 'zumindest der kalkhaltigen Komponente und somit Energie und maschineller Aufwand bei der Hersteilung von Brennprodukten gespart.

Weiter wurde-erkannt, daß die zulässige Größe der Aufgabekörnung zumindest in erheblichem Umfang von der Beschaffenheit des Naturvorkommens, insbesondere der Kalkstein- beziehungsweise Tonkomponente abhängt. Dies hat ersichtlich mit unterschiedlichem Verhalten des Ausgangsmaterials beim thermischen Zerfall zu tun. Infolgedessen sieht eine weitere Ausgestaltung vor, daß zumindest die kalkhaltige Komponente mit einer Aufgabekörnung zwischen 0 und 30 % Rückstand oberhalb 200yum dem Brennaggregat aufgegeben wird. Dies ist eine Korngröße, die-gerade noch unter Vermeidung / eines Mahlprozesses beispielsweise durch Prallzerkleinerung ; oder Quetschzerkleinerung sowie Klassierung im geschlossenen Kreislauf wirtschaftlich herstellbar ist.

In weiterer Ausgestaltung sieht das Verfahren vor, daß das Rohstoffgemenge mit der kalkhaltigen mineralischen Komponente in grubenfeuchtem Zustand auf eine Einzelstückgröße unter 200 mm vorgebrochen und vorhomogenisiert als Ausgangsmaterial einer gasseitig an das Brennaggregat angeschlossenen trocknenden Zerkleinerungsanlage aufgegeben und darin zu einem rieselfähigen körnigen Gut zerkleinert und im Strom von heißem, der Brennanlage entnommenem Gas getrocknet und uer Brennanlage aufgegeben wird.

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Dabei wurde überraschend gefunden, daß zwischen der Aufgabekörnung und beispielsweise dem Freikalkgehalt im gebrannten Klinker beziehungsweise dem Giünverlust im erzeugten Branntkalk ein Zusammenhang nesteht, und zwar nimmt der Freikalkgehalt beziehungsweise der Glühverlust mit der Korngröße zu.

Infolgedessen wird mit der Erfindung weiter vorgeschlagen, daß die obere Grenze des Kornbandes der Aufgabekörnung nach Maßgabe des Fre.ikalkc_ehaltes im gebrannten Klinker beziehungsweise nach Maßgabe des Glühverlustes im Branntkalk eingestellt wird, und zwar in dem Sinne, daß mit vermehrtem Freikalkgehalt die Grenze herabgesetzt wird.

Eine Ausgestaltung dieser Maßnahme kann auch darin bestehen, daß beispielsweise die mittlere arithmetische Korngröße der Aufgabekörnung nach Maßgabe des Freikalkgehaltes beziehungsweise des Glühverlustes im Brennprodukt ungestellt wird.

In vorteilhaft einfacher V/eise ist dies zum Beispiel dadurch reaiisieroar, daß das Brechgut einer mehrstufigen Siebklassierung unterzogen wird.

Um bei einem Rohstoffgemenge mit insbesondere im Zerkleinerungsverhalteri unterschiedlichen Komponenten ein optimales Aufgabeguf mit einem möglichst geringen Aufwand an Energie und maschinellem Umfang herstellen zu können, ist nach einem weiteren Vorschlag mit der Erfindung vorgesehen, daß unterschiedliche Sorten von Rohstoffkomponenten getrennt zerkleinert und getrennt gelagert und einzeln oder als Gemenge dem Brennaggregat aufgegeben werden.

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Dabei kann mit Vorteil von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein_ä daß dem zerkleinerten Gut ein Anteil beziehungsweise eine Komponente inehlfein gemahlenen Gutes zugesetzt wird.

Die mit der Erfindung vorgesehene energiesparende Zerkleinerung des Ausgangsmaterials, zur Aufgabekörnung wird mit Vorteil' durch Verwendung eines Pralibrechers realisiert. Damit wird insbesondere bei sprödem Gut das Ziel einer Einsparung an Zerkleinerungsenergie .sowie Maschinenaufwand optimal erreicht. Bekanntlich hat die Prallzerkleinerung bei sprödem Zerkleinerungsgut den Vorteil eines relativ großen Zerkleinerungsgrades zwischen 1 : 50 und 1 : 80 bei relativ geringem spezifischem Arbeitsbedarf, beispielsweise von 3 kWh/t Brechgut. Auch ist der Anteil an Fein- und Feinstgut im zerkleinerten Gut relativ groß.

Oe nach dem Zerkleinerungsverhalten des Rohstoffgemenges kann dieses mit gleichem Vorteil fall.veise auch unter Verwendung eines Walzenbrechers oder eines Hammerbrechers zerkleinert werden.

Um dabei die Brechwerkzeuge vor Verschleiß zu schonen, ist mit der Erfindung weiter vorgesehen, daß Uberkorn mit einer darin angereicherten harten Mineralkomponente wie Flint, Granit, Quarz und ähnlichem aus dem Zerkleinerungskreislauf entfernt und fallweise gemahlen und als Mineralmehl dem körnigen Aufgabegut zugeschlagen wird.

Mit größtmöglichem Vorteil läßt sich die Erfindung dort realisieren, wo im Rohstoff wenigstens zum Teil naturgewachsen homogene Mineralien, sogenannter Naturzement, wie beispielsweise Puzzolane enthalten sind.

Der wesentliche Vurteil der Erfindung ergibt sich insgesamt daraus, daß körnig zerkleinertes Aufgabegut, ohne die bisher üDliche Vermahlung zu Rohmehl dem Brennaguregat aufgegeben und somit wesentlich an Energie gespart wird.

Im folgenden wird das Verfahren anhand eines Blockschaltbildes mit seinen Vorteilen am Beispiel einer Zementbrennanlage näher erläutert.

Das im Blockschaltbild dargestellte Anlagenschema besteht '·..-■»' aus einem Anlagenteil A mit einem Brennaggregat 1 und einem Anlagenteil B mit einem Aggregat 2 zum Zerkleinern und Trocknen des Ausgangsmaterials zu einem geeigneten Aufgabegut für das Brennaggregat 1. Die Anlagenteile A und B sind durch eine vom Brennaggregat 1 zum Zerkleinerungsund Trocknungsaggregat 2 führende Gasleitung 3 und durcn eine vom Zerkleinerungs- und Trocknungsaggregat 2 zum Brennaggregat 1 führende Transporteinrichtung 4 für Aufgabegut miteinander verbunden und dadurch funktionell integriert.

Das Brennaggregat 1 umfaßt in der mit ausgezogenen Linien ,. ■ gezeichneten Ausführung zwei übereinander angeordnete Zyklon-Wärmetauscher 5 und 6. Diese bilden die Vorwärmstufe des Brennaggregates 1. Sie sind durch Abgas führende Leitungen 7 und 8 sowie durch Materialleitungen 9 und 10 in bekannter Weise miteinander verbunden. Die Materialleitung 10 führt vorgewärmtes und teilweise kalziniertes Gut in das Einlaufgehäuse 11 des Drehrohrofens 12. Diesem ist austragsseitig ein Kühler 13 nachgeschaltet. In der mit gestrichelten Linien dargestellten Ausführung besitzt das 3rennaggregat 1 einen langen Drehrohrofen 12' mit Vorwärm-, Kalzinier- und Klinkerzone.

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Der Anlagsnteil B umfaßt einen mehrzelligen Rohstoffbunker 14 mit einer dosierend austragenden Einrichtung 15 zur Gemengebildung eines Ausgangsrnaterials aus mehreren ■ Komponenten. Dieses wird mit eier Föruereinricntung 16 über eine EintragsschJeuse'17 einem Prallbrecher 18 aufgegeben. Die Aufgabe erfolgt am Fuße eines an den Prallbrecher anschließenden Stromtrockners 19, der von heif3em Gas aus dem Brennaggregai. 1, ebenso wie der Prallbrecher 18, durchströmt ist. Bereits während des Eintragsvorganges über die Eintragsschlffuse 17 in den Prallbrecher 18 wird das Ausgangsmate^ial vorgetrocknet, sodann während der Zerkleinerung intensiv weiter getrocknet und nach Zerkleinerung beim Transport im Strom von heißem Gas durch den Stromtrockner 19 hindurch vom Prallzerkleinerer 18 bis zum Abscheiden 20 nochmals einer intensiven Trocknung unterzogen. Der Abscheider 20 trennt zerkleinertes Gut vom heißen Trägergasstrom. Abgas wird über die Leitung 21 vom Ventilator 22 angesaugt und durch einen Staubfilter 23 zu einem (nicht dargestellten) Kamin*entsprechend Pfeil 24 abgeführt. Vom zerkleinerten Gut wird in einer Klassiereinrichtung 25 Uberkorn abgeschieden- Dieses wird mit der Leitung 26 über die Eintragsschleuse J.7 zur erneuten Zerkleinerung dem Prallbrecher 18 wieder aufgegeben. Für den Fall, daß im Uberkorn eine unerwünscht harte Komponente wie Flint, Granit, Basalt und ähnliches angereichert ist, kann dieses entweder aus der Zerkleinerungsanlage' entfernt oder mit der Leitung 27 zur weiteren Zerkleinerung einer nachgeschalteten kleinen Mahlanlage, beispielsweise einer Schwingmühle 28, zum Mahlen aufgegeben werden. Von der Klassiereinrichtung 25 ausgetragenes Fertiggut wird gemäß Pfeil 31 in einem Zwischensilo 29 gelagert und mit einer dosierenden Abzugseinrichtung 30 der Transporteinrichtung 4 zum Weitertransport zum Anlagenteil A aufgegeben. In diese Transporteinrichtung 4 mündet auch der Austrag 32 des in

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der Schwingmühle 28 gemahlenen mehireinen Gutes einer Hartste !.n-Komponente wie beispielsweise Quarz. Granit oder f3asa.lt. Ebenfalls in das Zwischensilo 29 wird Staub aus dem Filter 9.3 durch die Leitung 33 eingetragen. Das im Anlagenteil B zerkleinerte und getrocknete Gut wird mit der Transporteinrichtung 4 in die vom Zyklonwarmetauscher 6 zum Zyklonwärmetauscher 5 führende Abgasleitung 7 eingetragen. Darin wird das Gut in einem ersten Wärnieaustausch bei Gastemperaturen Beispielsweise um ca. 750 ⁰C auf eine Temperatur von annähernd 300 ⁰C erwärmt und durch die Materialleitung 9 nach Ausscheiden aus dem Gasstrom in die vom Einlaufgehäuse 11 des Drohrohrofens 12 führende Ofengasleitung 8 eingetragen. Das darin strömende Gas hat beispielsweise eine Temperatur von annähernd 1.100 ⁰C und erwärmt das vorgewärmte Gut auf ca. 700 ⁰C. Nach Abscheiden im Zyklonwärmetauscher 6 wird das so erwärmte Gut durch die Materialleitung 10 in das Einlaufgehäuse 11 des Drehrohrofens 12 eingetragen. Aus dem Zyklonwärmetauscher 5 wird vom erwärmten Gut getrenntes Abgas mit einer Temperatur von ca. 500 bis 550 ⁰C durch die Gasleitung 3 als Trocknungsgas in den Anlagenteil B eingeleitet und darin der Wärmeinhalt des Gases zum Trocknen des aufgegebenen Rohgutes 14, 15, 16 verwendet.

Falls anstelle eines Brennaggregates 1 nach dem Stand der Technik mit einem Schwebegas-Vorwärmer ein langer Drehrohrofen 12' älterer Bauart vorhanden sein sollte, Kann das Verfahrensschema so abgewandelt werden, daß mit der Fördereinrichtungs-Zweigleitung 34 vom Anlagenteil B zerkleinertes körniges Gut in den Ofeneinlaufkopf 11· aufgegeben und Abgas mit der Ofengasleitung 8¹ abgezogen und zum Trocknen des Rohstoffgemenges in den Anlagenteil B durch die Gasleitung 3 geleitet wird.

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.fn diesem kann zur kurzfristigen überbrückung der Funktionsuereitsi.'haft bei Ausfall dt-s Prallbrechers 18 eine Überbrückungsleitung 35 angeordnet ".tin. Weiterhin sind VerschluGschifibe: beziehungsweise Rt-gelschieber 36 bis vorgesehen, dia hei entsprechender Stellung den Gasweg durch den Prallte echer 18 und den Abscheider 20 sperren und einen direkten G;sweg aus der Abgasleitung 3 über die Üoerbrückungslciiung 35 und die Bypassleitung AO zum Exhaustor 22 und durch das Filter 23 zum Kamin 24 ermöglichen. In diesem Falle ist es jedoch erforderlich, das Abgas währen-·"! dieses Ausnahme-Betriedszustandes durch Wassereindüsung uemäß Pfeil 41 abzukühlen, insbesondere zur Vermeidung von schädlicher Überhitzung des Ventilators und des Filters.

Außer beim Brennen von Zement eignet sich aas Verfahren nach der Erfindung mit Vorteil zum Brennen von Produkten wie Branntkalk, Dolomit, Magnesit oder ähnlichen mit besonderem Vorteil in mit Schwebegas-^Worwärmern ausgestatteten Brennanlagen, ähnlich dem beispielhaft dargestellten Brannanlagenschema. Hierbei kann anstelle eines Drehrohrofens beispielsweise auch ein Wirbelschichtofen vorgesehen sein.

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Claims (10)

18. Mai I9ön KHu Gr /Gn. . . . H Qn/25 Patentansprü cπ e

1. Verfahren zur'thermischen Behandlung von kalkhaltige und/oder andere karöonauische Komponenten enthaltenden mineralischen Rohstoffen, insbesondere zur Herstellung von Brennprodukten wie Branntkalk, Zement, Magnesit, Dolomit', und ähnliches, v/obei- die Rohstoffe zonenweise zuerst in einer Vorwärmzone im direkten Wärmeaustausch mit heißem- Gas aus einer Brennzone vorgewärmt, sodann in der Brennzone calciniert und erforderlichenfalls gesintert und zuletzt in einer Kühlzone gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Träger der kalkhaltigen und/oder anderer karbonatischer Komponenten des Rohstoffes mit einer Aufgabekörnung zwischen 0 und 25 mn der Vorwärmzone aufgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rohstoffe mit einer Aufgabekörnung von 0 bis 4 mm der Vorwärmzone aufgegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rohstoffe mit einer Aufgabekörnung zwischen 0 und 30 % Rückstand oberhalb 200 pm der Vorwärmzone aufgegeben werden,

4. Verfahren .nach, einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das Rohstoffe in grubenfeuchtem Zustand auf eine Einzelstüekgrööe unter 200 mm zu einem Ausgangsmaterial vorgebrochen und vorhomogenisiert und dieses einer an das Brennaggregat gasseitlg angeschlossenen trocknenden Zerkleinerungsanlage aufgegeben und darin durch vorzugsweise einstufiges Brechen sowie Klassieren und Trocknen aes ürechgutes zur rieselfähigen AufgaoeKörnung aufbereitet wird.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenze des Kornbandes beziehungsweise die mitulere arithmetische Korngröße der Aufga.bekörnung nach Maßgabe des FreiKaiKgehaltes im Brennprodukt eingestellt wird, und zwar in oera Sinne, daß bei hohem ,p'reikalkgeha.lt die Grenze herabgesetzt wird.. .

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenze des Kornbandes · beziehungsweise die mittlere arithmetische Korngröße der

_') Aufgabekörnung nach Maßgabe des Glühverlustes im erzeugten Branntkalk eingestellt wird, in dem Sinne, daß bei hohem Glühverlust die Grenze herabgesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6_t dadurch gekennzeichnet, daß das Brechgut einer vorzugsweise mehrstufigen Siebklassierung unterzogen wird, und daß Ronstoffanteile mit unterschiedlichen Kornfraktionen und/oder unterschiedlichen mineralischen Komponenten getrennt gelagert und einzeln oder zu einem Gemenge gemischt der Vorwärmzone aufgegeben werden.

^ 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem zerkleinerten Gut ein Anteil beziehungsweise eine Komponente mehlfein gemahlenen Gutes zugesetzt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

8. dadurch gekennzeichnet, daß Ausgangsmaterial nach Maßgabe seines Zerkleinerungsverhaltens unter Verwendung eines Prallbrechers oder Hammerbrechers oder Walzenbrechers zerkleinert, und daß Überkorn mit einer darin angereicherten harten Mineralkomponente wie Flint, Granit, Quarz und ähnliches aus dem Zerkleinerungsprozeß ausgeschieden und fallweise in einer Mahlanlage

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vorzugsweise fein gemahlen und das Feingut der Aufgabekörnung zugeschlagen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dali als Rohstoff wenigstens zum Teil natcirgewac/isen homogene Mineralien, vorzugsweise· sogenannte Naturzement'e, wie zum Beispiel Puzzolane verwendet werden.