EP2081877A2 - Method for the production of bulk material - Google Patents

Method for the production of bulk material

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Publication number
EP2081877A2
EP2081877A2 EP07804621A EP07804621A EP2081877A2 EP 2081877 A2 EP2081877 A2 EP 2081877A2 EP 07804621 A EP07804621 A EP 07804621A EP 07804621 A EP07804621 A EP 07804621A EP 2081877 A2 EP2081877 A2 EP 2081877A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bulk material
heating stage
particles
pipe
subsequent heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07804621A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Weihua Liu
Horst Wustinger
Heinz Dullinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2081877A2 publication Critical patent/EP2081877A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • C04B20/06—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B19/00—Combinations of furnaces of kinds not covered by a single preceding main group
    • F27B19/04—Combinations of furnaces of kinds not covered by a single preceding main group arranged for associated working

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of bulk material from porous grains by foaming of particles of a bulk material by heat.
  • the individual particles of the starting bulk material consist of a material which becomes viscous at elevated temperature and in which a component which becomes gaseous at elevated temperature is enclosed, attached or contained.
  • bulk material in this sense an accumulation of solid, non-interconnected particles or grains, the individual particles or grains being small in relation to the total amount Bulk goods with “particles”, the foamed items of a bulk material, however, with “grains”.
  • a very important application is the production of a bulk material with low density and high heat insulation capacity by foaming a bulk material of a mineral material such as perlite or Pechstein.
  • a bulk material of a mineral material such as perlite or Pechstein.
  • These have a high proportion of network-forming (“glass-forming") material - in the examples mentioned SiO 2 - and a significant amount of trapped water of crystallization, which evaporates when heated and thus in this example represents the "gaseous at elevated temperature component".
  • EP 0 431 112 B1 it is known from EP 0 431 112 B1 to supply the raw material in the form of particles in a specific size range. This reduces those problems that result from the fact that in the same hot environment, smaller particles heat up much faster than larger particles.
  • the object underlying the invention is to improve the process of foaming over the achievable with the aforementioned methods measure extent to the effect that thus a much more homogeneous bulk material is obtained from similar foamed grains.
  • Fig. 1 shows an exemplary flowchart for a concrete embodiment of the method according to the invention.
  • the raw material delivered into the chute 1 for processing is a bulk material of 0.4 to 0.6 mm particle size of Pechstein. Chemically it consists of about 72% SiO 2, as well as about 12% Al 2 Cb; the rest is water and impurities.
  • any existing particles larger than 0.6 mm or smaller than 0.4 mm are sorted out.
  • the too large particles would foam too little, the too small particles would foam too quickly and too much and subsequently lead to sticking with other grains, or with plant parts, or break after solidification and form dust.
  • the bulk material passes into the rotary kiln 4.
  • Its furnace interior has the shape of a circular cylinder with a length of about seven meters, a diameter of 480 mm, and an axis inclined from the input side to the output side by about five degrees.
  • the outer surface of the furnace interior - essentially a tube made of steel - rotates at about 40 revolutions per minute about its longitudinal axis.
  • the rotary kiln is electrically heated in several successive temperature-controlled heating zones. In the first part of the tube, the temperature is 220 to 320 0 C, in the second part of 280 to 360 0 C. In the first part of the furnace, especially the water accumulating on the surface of the particles is evaporated.
  • Both the sieve 5, as well as the subsequent parts of the promotion of the foamed bulk material should be operated largely isolated from the ambient air, so that the heated in the rotary kiln 4 bulk material neither cools unnecessarily nor performs an uncontrolled moisture exchange with the ambient air.
  • the bulk material to be foamed is conveyed via a bucket conveyor 6 to the filling opening 7 of the shaft furnace 8 located at the upper end, the interior of which has the shape of a slim, standing circular cylinder.
  • the filling opening 7 is formed as a cone distributor. That is, the upper end of the shaft furnace is completed on the one hand by an axially arranged downwardly widening, conical or frustoconical part, on the other hand by a part which on the one hand surrounds this first part on its lateral surface at a distance thereto, on the other hand on the inner surface of the Furnace interior is applied.
  • the bulk material trickles down in the gap forming a truncated cone lateral surface between these two parts. It thus arrives at the upper end, close to the lateral surface, into the furnace interior of the shaft furnace 8.
  • the trickling of the bulk material through the filling opening 7 can be set very uniformly by adjusting the gap with a thickness which is only slightly greater than the size of the particles to be carried out, and by applying a vibration to the frusto-conical part of the cone distributor.
  • a vibration to the frusto-conical part of the cone distributor.
  • the use of such a cone distributor is also useful for foaming, if foaming is carried out according to previously known methods, without sieving immediately before the last heating operation.
  • the shaft furnace 8 has a height of 7.3 meters and an inner diameter of 30 cm. It is electrically heated over its height in seven individual temperature-controlled heating zones. With decreasing height the temperature rises from 800 0 C to 1100 ° C.
  • the foaming particles of the above introduced bulk material fall down in the shaft furnace. They are heated in the temperature range in which their state is doughy, and froth them as a result of the evaporation of remaining residual water of crystallization. Near the lower end of the shaft furnace 8 should have a closable opening for sampling may be appropriate. Down arriving, formed by foaming from particles, still doughy frothy grains can be removed there with an inserted spoon-like device and their foaming degree in a subsequent, be assessed visually and by weight and volume measurement. If the extracted grains are too light, ie foamed too much, then either the temperature is reduced, or the amount of bulk material introduced increases per time. If the extracted grains are too heavy, the temperature must be increased or the amount of bulk material introduced per unit of time must be reduced.
  • the lateral surface of the shaft furnace 8 ends in a downwardly narrowing, externally water-cooled truncated cone lateral surface 9. Impacted, foamed grains are first cooled on this surface. The temperature of this surface should be as cool as possible, at least below the glazing temperature of the material of the bulk material.
  • this surface passes into a tubular removal line 11, which at its other end opens into a pipeline 12 serving for the transport and further cooling of the foamed grains.
  • the junction of the line 11 in the pipe 12 should be formed at an acute angle to the transport direction in the pipe 12.
  • the pipe 12 fresh air flows, which is blown at one end by a blower 10 via an injector.
  • This injector tube is coaxial with the pipe 12, its outer diameter is smaller than the inner diameter of the pipe 12 and its end should protrude beyond the junction of the extraction line 11. This ensures that air flows from the open space of the shaft furnace 8 into the pipe 11 and not vice versa.
  • the injector in its longitudinal direction, ie in the local direction of the conduit 12 is displaceable, so that its position with respect to the junction point of the extraction line 11 can be finely adjusted. It has been shown that the optimal position depends among other things on the air pressure and possibly also on the temperature of the ambient air, and thus should be adjusted from time to time.
  • This embodiment of the removal point from the shaft furnace is of course also advantageous if foaming is carried out in accordance with previously known methods, without sieving immediately before the last heating process.
  • the reaching into the pipe 12 foamed bulk material is further cooled there and solidifies.
  • the flow rate in the pipeline 12 should be sufficiently high so that there is no deposition.
  • the pipe 12 may also have a few bends; Thus, a sticking of individual grains against a straight and thus more laminar flow is better avoided.
  • a tube diameter of 20 cm a flow rate of 17 m / sec and a length of about 10 m, very good results are achieved.
  • the foamed bulk material is thrown into - ideally funnel-shaped - collecting containers 14 with sacks 15 connected beneath it.
  • the air flowing out of the pipe 12 is discharged. It is very advantageous to arrange a plurality of collecting containers 14 adjacent to one another in the flow direction of the outflowing air. Since specifically lighter grains are better carried by the flowing air than specific heavier grains whose movement is determined more by their mass, this results in a weight sorting of the foamed grains.
  • a kind of trap 13 can be formed for poorly or not at all foamed grains. Due to their density, these grains are moved closer to the lower cross-sectional area of the pipeline 12, and can be sorted out well by a lower jacket opening and an adjoining insert part projecting from below into the pipeline 12.
  • the operating parameters described relate to a bulk of Pechstein. They are at least approximately true for the foaming of many silicate-rich minerals of volcanic origin with a high proportion of glazing and trapped water of crystallization. With appropriate adjustment of the operating parameters such as amount per time, temperatures and speeds, the method described for the foaming of a wealth of other materials can be modified.
  • the medium that becomes gaseous under the action of heat does not necessarily need to be water. It can also act as blowing agents other substances, such as For example, be provided at normal temperature bound CO 2 or titanium hydride.
  • the foamed material does not necessarily have to be a mineral material. It can also be, for example, a metal in which propellant particles have been incorporated in an earlier step. It may also be an organic material, which is foamed by means of the described method into flakes or beads.

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Abstract

The invention relates to a method for producing bulk material by foaming a bulk material under the effect of heat. The individual particles of the original bulk material are made of a material which thickens at an elevated temperature and in which a substance that turns into a gaseous state at an elevated temperature, e.g. crystal water or a foaming agent, is enclosed. In an earlier heating stage, the bulk material is heated to a temperature at which the bulk material remains solid while the substance that turns into a gaseous state at an elevated temperature is already outgassed. In a later heating stage, the temperature of the bulk material is increased to a point where the individual particles thicken. The bulk material is sifted between said two heating stages such that particles which do not have a predetermined minimum size are excluded from the later heating stage.

Description

Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schüttgut aus porösen Körnern durch Aufschäumen von Partikeln eines Schüttgutes zufolge Hitzeeinwirkung. Die einzelnen Partikel des Ausgangsschüttgutes bestehen dazu aus einem bei erhöhter Temperatur zähflüssig werdenden Material in welchem eine bei erhöhter Temperatur gasförmig werdende Komponente eingeschlossen, angelagert oder enthalten ist.The invention relates to a process for the production of bulk material from porous grains by foaming of particles of a bulk material by heat. For this purpose, the individual particles of the starting bulk material consist of a material which becomes viscous at elevated temperature and in which a component which becomes gaseous at elevated temperature is enclosed, attached or contained.
Mit „Schüttgut" ist in diesem Sinne eine Ansammlung von festen, nicht miteinander verbunden Partikeln bzw. Körnern gemeint, wobei die einzelnen Partikel bzw. Körner im Verhältnis zur Gesamtmenge klein sind. Aus Gründen der besseren Unterscheidbarkeit werden des weiteren die noch nicht aufgeschäumten Einzelteilen eines Schüttgutes mit „Partikel" bezeichnet, die aufgeschäumten Einzelteile eines Schüttgutes hingegen mit „Körner".By "bulk material" is meant in this sense an accumulation of solid, non-interconnected particles or grains, the individual particles or grains being small in relation to the total amount Bulk goods with "particles", the foamed items of a bulk material, however, with "grains".
Ein sehr wichtige Anwendungsfall ist die Herstellung eines Schüttgutes mit geringer Dichte und hoher Wärmeisolationsfähigkeit durch Aufschäumen eines Schüttgutes aus einem mineralischem Material wie beispielsweise Perlit oder Pechstein. Diese weisen einen hohen Anteil an netzwerkbildendem („glasbildendem") Material - bei den genannten Beispielen Siθ2 - sowie eine nennenswerten Anteil an eingeschlossenem Kristallwasser auf, welches bei Erwärmung verdampft und somit in diesem Beispiel die „bei erhöhter Temperatur gasförmig werdende Komponente" darstellt.A very important application is the production of a bulk material with low density and high heat insulation capacity by foaming a bulk material of a mineral material such as perlite or Pechstein. These have a high proportion of network-forming ("glass-forming") material - in the examples mentioned SiO 2 - and a significant amount of trapped water of crystallization, which evaporates when heated and thus in this example represents the "gaseous at elevated temperature component".
Am Beispiel Perlit oder Pechstein wird beim ideal verlaufenden Prozess des Aufschäumens im Laufe der Erwärmung erst das Oberflächenwasser, dann überschüssiges Kristallwasser aus den einzelnen noch festen Partikeln verdampft. Dann steigt die Temperatur so weit dass das Mineral zähflüssig wird. Durch den noch eingeschlossenen, weiter verdampfenden Anteil an verbliebenem Kristallwasser wird das Mineral aufgeschäumt. Sobald das gewünschte, geringe spezifische Gewicht der nun zu Körnern angeschwollenen Partikel erreicht wird, wird abgekühlt, und damit das Mineral in passend porösem Zustand wieder verfestigt.Using the example of perlite or Pechstein, during the ideal process of foaming in the course of heating, first the surface water and then excess water of crystallization are evaporated from the individual, still solid particles. Then the temperature rises so that the mineral becomes viscous. By the still enclosed, further evaporating proportion of remaining water of crystallization, the mineral is foamed. As soon as the desired low specific gravity of the particles, which have now swelled to form granules, is reached, the mixture is cooled and the mineral is re-solidified in a suitably porous state.
Bei industriell angewandten Aufschäumverfahren wird dieser ideale Prozessverlauf jedoch nur mit einer sehr geringen Zuverlässigkeit erreicht. Das Endprodukt ist in den seltensten Fällen eine homogene Schüttung aus gleichartig aufgeblähten Körnern. Zumeist enthält das Endprodukt in störend hohem Maß und in störend geringer Vorhersehbarkeit einerseits gar nicht oder nur gering aufgeschäumte Partikel, anderseits auch staubartige Kornteile die durch das Zerbrechen größerer Körner entstanden sind, welche zuviel auf- geschäumt wurden. Ein weiteres erhebliches Problem erwächst daraus, dass Körner während ihrer zähflüssigen Fase sowohl miteinander, als auch mit Anlagenteilen verkleben. Um diese Nachteile zu vermindern sind mehrere Ansätze bekannt:In industrially applied foaming process, this ideal process is achieved only with a very low reliability. The end product is rarely a homogeneous bed of uniformly inflated grains. In most cases, the end product contains in a disturbingly high degree and in disturbingly low predictability, on the one hand, no or only slightly foamed particles, on the other hand also dust-like grain particles which have arisen due to the breakage of larger grains, which are too high. were foamed. Another significant problem arises from the fact that grains stick together with each other as well as with parts of the plant during their viscous chamfer. To reduce these disadvantages, several approaches are known:
Beispielsweise ist aus der EP 0 431 112 B1 bekannt das Rohmaterial in Form von Partikeln in einem bestimmten Größenbereich zuzuführen. Damit werden jene Probleme vermindert, welche sich daraus ergeben, dass sich in der gleichen heißen Umgebung kleinere Partikeln wesentlich rascher erhitzen als größere Partikel.For example, it is known from EP 0 431 112 B1 to supply the raw material in the form of particles in a specific size range. This reduces those problems that result from the fact that in the same hot environment, smaller particles heat up much faster than larger particles.
Aus der US 4,931 ,211 ist bekannt, den Erwärmungsvorgang der Partikel in zwei Stufen zu unterteilen. In einer nicht so heißen ersten Stufe wird definiert Oberflächenwasser und Kristallwasser entzogen. In einer heißeren zweiten Stufe wird aufgeschäumt.From US 4,931, 211 is known to divide the heating process of the particles in two stages. In a not so hot first stage defined surface water and water of crystallization is withdrawn. In a hotter second stage is foamed.
Aus der EP 0 225 074 B1 ist bekannt, die Körner nach dem Blähvorgang sofort durch Blasen von Kühlmittel rasch abzukühlen, und dabei auch aus der Heizzone zu entfernen.From EP 0 225 074 B1 it is known to rapidly cool the grains after the swelling process by blowing coolant, and also to remove them from the heating zone.
Auch bei Anwendung all dieser Methoden ist es derzeit für viele potentielle industrielle Anwendungen nicht möglich ein homogenes leichtes Schüttgut aus gleichartig aufgeschäumten Mineralpartikeln in ausreichend guter und sicherer Qualität herzustellen.Even with the application of all these methods, it is currently not possible for many potential industrial applications to produce a homogeneous, lightweight bulk material of uniformly foamed mineral particles in sufficiently good and safe quality.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, den Prozess des Aufschäumens über das mit den zuvor genannten Methoden erreichbare Maß hinaus dahingehend zu verbessern, dass damit ein wesentlich homogeneres Schüttgut aus gleichartig aufgeschäumten Körnern gewonnen wird.The object underlying the invention is to improve the process of foaming over the achievable with the aforementioned methods measure extent to the effect that thus a much more homogeneous bulk material is obtained from similar foamed grains.
Zum Lösen der Aufgabe werden zusätzlich zur konsequenten Anwendung der zuvor beschriebenen bekannten Methoden aus dem aufzuschäumenden Schüttgut vor jener Erwärmungsstufe in welcher aufgeschäumt wird, und nach jener Erwärmungsstufe in welcher das aufzuschäumende Schüttgut vorgeheizt wird ohne dabei zu schmelzen, Staubteile und Partikel deren Größe eine bestimmte Mindestgröße unterschreitet, ausgesiebt.To solve the problem, in addition to the consistent application of the previously described known methods from the foamable bulk material before that heating stage in which is foamed, and after that heating stage in which the foamed bulk material is preheated without melting, dust particles and particles whose size is a certain minimum size falls short, screened out.
Der damit erzielte Effekt sowie sinnvolle Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand eines konkreten Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme des in Fig. 1 dargestellten Ablaufschemas erläutert.The effect achieved as well as useful further developments of the method according to the invention will be explained with reference to a concrete embodiment with the aid of the flowchart shown in FIG.
Fig. 1 : zeigt ein beispielhaftes Ablaufschema für eine konkrete Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das in die Schütte 1 zur Verarbeitung angelieferte Rohmaterial ist ein Schüttgut mit 0,4 bis 0,6 mm Korngröße aus Pechstein. Chemisch gesehen besteht es zu etwa 72% Siθ2, sowie etwa 12 % AI2Cb; der Rest ist Wasser und Verunreinigungen.Fig. 1: shows an exemplary flowchart for a concrete embodiment of the method according to the invention. The raw material delivered into the chute 1 for processing is a bulk material of 0.4 to 0.6 mm particle size of Pechstein. Chemically it consists of about 72% SiO 2, as well as about 12% Al 2 Cb; the rest is water and impurities.
Mit dem Becherförderwerk 2 werden etwa 2,5 kg dieses Materials pro Minute in den Verarbeitungsprozess eingebracht. An einem ersten Sieb 3 werden allfällig vorhandene Partikel die größer als 0,6 mm oder kleiner als 0,4 mm sind, aussortiert. Die zu großen Partikel würden zu wenig aufschäumen, die zu kleinen Partikel würden zu rasch und zu viel aufschäumen und in weiterer Folge zum Verkleben mit anderen Körnern, oder mit Anlagenteilen führen, oder nach der Verfestigung zerbrechen und Staub bilden.With the bucket conveyor 2 about 2.5 kg of this material per minute are introduced into the processing process. At a first sieve 3 any existing particles larger than 0.6 mm or smaller than 0.4 mm are sorted out. The too large particles would foam too little, the too small particles would foam too quickly and too much and subsequently lead to sticking with other grains, or with plant parts, or break after solidification and form dust.
Vom Sieb 3 gelangt das Schüttgut in den Drehrohrofen 4. Sein Ofeninnenraum hat die Form eines Kreiszylinders mit einer Länge von etwa sieben Meter, einem Durchmesser von 480 mm, und einer von der Eingangsseite zur Ausgangsseite hin um etwa fünf Winkelgrade geneigten Achse. Die Mantelfläche des Ofeninnenraums - im wesentlichen ein Rohr aus Stahl - dreht sich mit etwa 40 Umdrehungen pro Minute um ihre Längsachse. Entlang seiner Länge ist der Drehrohrofen in mehreren aufeinanderfolgenden temperaturgeregelter Heizzonen elektrisch beheizt. Im ersten Teil des Rohres beträgt die Temperatur 220 bis 320 0C, im zweiten Teil 280 bis 360 0C. Im ersten Teil des Ofens wird vor allem das an der Oberfläche der Partikel anlagernde Wasser verdampft. Im zweiten Teil des Ofens wird Kristallwasser, also Wasser aus dem inneren der Partikel verdampft. Es wird auch etwas Frischluft durch den Drehrohrofen geleitet. Damit wird die Trocknung des Schüttgutes verbessert. Die richtige Wirkung des Drehrohrofens, nämlich Wasserentzug bis zu passenden Restmenge, ohne dabei die Partikel zu verletzen, ist für den erfahrenen Betreuer der Anlage am unmittelbarsten am Farbton der aus dem Drehrohrofen herauskommenden Partikel zu beurteilen.From the screen 3, the bulk material passes into the rotary kiln 4. Its furnace interior has the shape of a circular cylinder with a length of about seven meters, a diameter of 480 mm, and an axis inclined from the input side to the output side by about five degrees. The outer surface of the furnace interior - essentially a tube made of steel - rotates at about 40 revolutions per minute about its longitudinal axis. Along its length, the rotary kiln is electrically heated in several successive temperature-controlled heating zones. In the first part of the tube, the temperature is 220 to 320 0 C, in the second part of 280 to 360 0 C. In the first part of the furnace, especially the water accumulating on the surface of the particles is evaporated. In the second part of the furnace, water of crystallization, ie water, is evaporated from inside the particle. It is also some fresh air passed through the rotary kiln. This improves the drying of the bulk material. The correct effect of the rotary kiln, namely removal of water up to the appropriate residual quantity without damaging the particles, is to be judged most directly by the experienced supervisor of the plant by the color of the particles emerging from the rotary kiln.
Es ist sinnvoll die Abwärme des aus dem Drehrohrofen 4 strömenden Luft-Wasser- Gemisches zu nutzen. Der Wasseranteil kann auch durch Leitung an entsprechend kühlen und großen Oberflächen aus der Abluft herauskondensiert werden. Beispielsweise kann man die Abluft aus dem Drehrohrofen durch das an Sieb 3 ausgesiebte Schüttgut führen.It makes sense to use the waste heat of the flowing from the rotary kiln 4 air-water mixture. The proportion of water can also be condensed out of the exhaust air by conduction to correspondingly cool and large surfaces. For example, you can lead the exhaust air from the rotary kiln through the sieve 3 sieved bulk material.
Nach dem das Schüttgut den Drehrohrofen 4 passiert hat, wird es erfindungsgemäß am Sieb 5 erneut gesiebt. Dadurch wird Staub entfernt, welcher vor dem Trocknen des Schüttgutes scheinbar unlösbarer Teil an der Oberfläche dieser Partikel war, und es werden die einzelnen - für die Weiterbehandlung zu kleinen - Teile jener Partikel des Schüttgutes entfernt, welche während des Durchlaufes im Drehrohrofen zerbrochen sind. Die ausgesiebten Partikel würden auf Grund ihrer Kleinheit beim nachfolgenden Aufschäumprozess zu rasch aufschäumen und zum Verkleben der Anlage, sowie zu störendem Staub in Folge Zerbrechens auf Grund mangelnder Festigkeit führen. Erfahrungsgemäß werden an diesem Sieb 5 ein bis drei Prozent der Masse des eingebrachten Schüttgutes ausgesiebt.After the bulk material has passed the rotary kiln 4, it is sieved again on the screen 5 according to the invention. As a result, dust is removed, which was apparently insoluble part of the surface of these particles before drying the bulk material, and it will be the individual - removed for further processing too small - parts of those particles of bulk material, which breaks during the passage in the rotary kiln are. Due to their small size, the sieved-out particles would foam up too quickly during the subsequent foaming process and lead to sticking of the plant as well as to disturbing dust as a result of breakage due to a lack of firmness. Experience has shown that 5 to three percent of the mass of the introduced bulk material sieved on this sieve.
Sowohl das Sieb 5, als auch die nachfolgenden Teile der Förderung des aufzuschäumenden Schüttgutes sollten von der Umgebungsluft weitgehend isoliert betrieben werden, damit das im Drehrohrofen 4 erhitzte Schüttgut weder unnötig abkühlt noch einen unkontrollierten Feuchtigkeitsaustausch mit der Umgebungsluft ausführt.Both the sieve 5, as well as the subsequent parts of the promotion of the foamed bulk material should be operated largely isolated from the ambient air, so that the heated in the rotary kiln 4 bulk material neither cools unnecessarily nor performs an uncontrolled moisture exchange with the ambient air.
Nach dem Sieb 5 wird das aufzuschäumende Schüttgut über ein Becherförderwerk 6 an die am oberen Ende befindliche Füllöffnung 7 des Schachtofens 8 gebracht, dessen O- feninnenraum die Form eines schlanken stehenden Kreiszylinders hat. Die Füllöffnung 7 ist als Konusverteiler ausgebildet. Das heißt das oberen Ende der Schachtofens ist einerseits durch einen axial angeordneten sich nach unten verbreiternden, kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildeten Teil abgeschlossen, andererseits durch einen Teil, welcher einerseits diesen ersten Teil an seiner Mantelfläche in einem Abstand dazu umschließt, andererseits an der Innenmantelfläche des Ofeninnenraumes anliegt. Das Schüttgut rieselt in dem eine Kegelstumpf-Mantelfläche bildenden Spalt zwischen diesen beiden Teilen nach unten. Es gelangt so am oberen Ende, nahe an der Mantelfläche in den Ofeninnenraum des Schachtofens 8.After the sieve 5, the bulk material to be foamed is conveyed via a bucket conveyor 6 to the filling opening 7 of the shaft furnace 8 located at the upper end, the interior of which has the shape of a slim, standing circular cylinder. The filling opening 7 is formed as a cone distributor. That is, the upper end of the shaft furnace is completed on the one hand by an axially arranged downwardly widening, conical or frustoconical part, on the other hand by a part which on the one hand surrounds this first part on its lateral surface at a distance thereto, on the other hand on the inner surface of the Furnace interior is applied. The bulk material trickles down in the gap forming a truncated cone lateral surface between these two parts. It thus arrives at the upper end, close to the lateral surface, into the furnace interior of the shaft furnace 8.
Das Rieseln des Schüttgutes durch die Füllöffnung 7 kann sehr gleichmäßig eingestellt werden, indem der Spalt mit einer Dicke eingestellt wird, welche nur knapp über der Größe der durchzuführenden Partikel liegt, und indem der kegelstumpfförmige Teil des Konusverteilers mit einer Vibration beaufschlagt wird. Die Verwendung eines derartigen Konusverteilers ist natürlich auch dann zum Aufschäumen sinnvoll, wenn entsprechend vorbekannten Verfahren aufgeschäumt wird, ohne dass unmittelbar vor dem letzten Erhitzungsvorgang noch gesiebt wird.The trickling of the bulk material through the filling opening 7 can be set very uniformly by adjusting the gap with a thickness which is only slightly greater than the size of the particles to be carried out, and by applying a vibration to the frusto-conical part of the cone distributor. Of course, the use of such a cone distributor is also useful for foaming, if foaming is carried out according to previously known methods, without sieving immediately before the last heating operation.
Der Schachtofen 8 hat eine Höhe von 7,3 Metern und einen Innendurchmesser von 30 cm. Er ist über seine Höhe in sieben einzelnen temperaturgeregelten Heizzonen elektrisch beheizt. Mit sinkender Höhe steigt die Temperatur von 800 0C auf 1100 °C. Die aufzuschäumenden Partikel des oben eingebrachten Schüttgutes fallen im Schachtofen nach unten. Dabei werden sie in jenen Temperaturbereich erhitzt, in welchem ihr Zustand teigig wird, und sie in Folge des Verdampfens von noch enthaltenem restlichem Kristallwasser aufschäumen. Nahe des unteren Endes des Schachtofens 8 sollte eine verschließbare Öffnung für eine Probenentnahme angebracht sein. Unten ankommende, durch Aufschäumen aus Partikeln gebildete, noch teigige aufgeschäumte Körner können dort mit einem eingesteckten löffelartigen Gerät entnommen werden und ihr Aufschäumgrad in weiterer Folge, optisch und durch Gewichts- und Volumenmessung beurteilt werden. Sind die entnommenen Körner zu leicht, also zu viel aufgeschäumt, dann wird entweder die Temperatur verringert, oder die eingebrachte Schüttgutmenge pro Zeit erhöht. Sind die entnommenen Körner zu schwer, so muss die Temperatur erhöht werden, oder es muss die pro Zeiteinheit eingebrachte Menge an Schüttgut vermindert werden.The shaft furnace 8 has a height of 7.3 meters and an inner diameter of 30 cm. It is electrically heated over its height in seven individual temperature-controlled heating zones. With decreasing height the temperature rises from 800 0 C to 1100 ° C. The foaming particles of the above introduced bulk material fall down in the shaft furnace. They are heated in the temperature range in which their state is doughy, and froth them as a result of the evaporation of remaining residual water of crystallization. Near the lower end of the shaft furnace 8 should have a closable opening for sampling may be appropriate. Down arriving, formed by foaming from particles, still doughy frothy grains can be removed there with an inserted spoon-like device and their foaming degree in a subsequent, be assessed visually and by weight and volume measurement. If the extracted grains are too light, ie foamed too much, then either the temperature is reduced, or the amount of bulk material introduced increases per time. If the extracted grains are too heavy, the temperature must be increased or the amount of bulk material introduced per unit of time must be reduced.
Am unteren Ende endet die Mantelfläche des Schachtofen 8 in einer sich nach unten hin verengenden, von außen wassergekühlten Kegelstumpf-Mantelfläche 9. An dieser Fläche werden auftreffende, aufgeschäumte Körner erstmals abgekühlt. Die Temperatur dieser Fläche sollte möglichst kühl, jedenfalls unter der Verglasungstemperatur des Materials des Schüttgutes sein.At the lower end, the lateral surface of the shaft furnace 8 ends in a downwardly narrowing, externally water-cooled truncated cone lateral surface 9. Impacted, foamed grains are first cooled on this surface. The temperature of this surface should be as cool as possible, at least below the glazing temperature of the material of the bulk material.
An ihrer unteren Randlinie geht diese Fläche in eine rohrförmige Entnahmeleitung 11 über, welche mit ihrem anderen Ende in eine dem Transport und der weiteren Kühlung der aufgeschäumten Körner dienende Rohrleitung 12 mündet. Die Einmündung der Leitung 11 in die Rohrleitung 12 sollte unter einem spitzen Winkel zur Transportrichtung in der Rohrleitung 12 ausgebildet sein.At its lower edge line, this surface passes into a tubular removal line 11, which at its other end opens into a pipeline 12 serving for the transport and further cooling of the foamed grains. The junction of the line 11 in the pipe 12 should be formed at an acute angle to the transport direction in the pipe 12.
In der Rohrleitung 12 strömt Frischluft, welche an einem Ende durch ein Gebläse 10 über ein Injektorrohr eingeblasen wird. Dieses Injektorrohr verläuft koaxial zur Rohrleitung 12, sein Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser der Rohrleitung 12 und sein Ende sollte über die Einmündungsstelle der Entnahmeleitung 11 hinausragen. Damit wird erreicht, dass Luft vom Offeninnenraum des Schachtofens 8 aus in die Rohrleitung 11 strömt und nicht umgekehrt. Idealerweise ist der Injektor in seiner Längsrichtung, also in der dortigen Richtung der Leitung 12 verschiebbar, sodass seine Lage bezüglich der Einmündungsstelle der Entnahmeleitung 11 feinjustiert werden kann. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die optimale Lage unter anderem auch vom Luftdruck und eventuell auch von der Temperatur der Umgebungsluft abhängt, und somit von Zeit zu Zeit angepasst werden sollte. Diese Ausführung der Entnahmestelle aus dem Schachtofen ist natürlich auch dann vorteilhaft, wenn entsprechend vorbekannten Verfahren aufgeschäumt wird, ohne dass unmittelbar vor dem letzten Erhitzungsvorgang noch gesiebt wird. Das in die Rohrleitung 12 gelangende aufgeschäumte Schüttgut wird dort weiter gekühlt und verfestigt sich. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung 12 sollte ausreichend hoch sein, damit dort keine Ablagerung stattfindet. Die Rohrleitung 12 kann auch ein paar Krümmungen aufweisen; damit wird ein Zusammenkleben von einzelnen Körnern gegenüber einer geraden und damit mehr laminaren Strömung besser vermieden. Bei einem Rohrdurchmesser von 20 cm, einer Strömungsgeschwindigkeit von 17 m/sec und einer Länge von etwa 10 m werden sehr gute Ergebnisse erzielt.In the pipe 12 fresh air flows, which is blown at one end by a blower 10 via an injector. This injector tube is coaxial with the pipe 12, its outer diameter is smaller than the inner diameter of the pipe 12 and its end should protrude beyond the junction of the extraction line 11. This ensures that air flows from the open space of the shaft furnace 8 into the pipe 11 and not vice versa. Ideally, the injector in its longitudinal direction, ie in the local direction of the conduit 12 is displaceable, so that its position with respect to the junction point of the extraction line 11 can be finely adjusted. It has been shown that the optimal position depends among other things on the air pressure and possibly also on the temperature of the ambient air, and thus should be adjusted from time to time. This embodiment of the removal point from the shaft furnace is of course also advantageous if foaming is carried out in accordance with previously known methods, without sieving immediately before the last heating process. The reaching into the pipe 12 foamed bulk material is further cooled there and solidifies. The flow rate in the pipeline 12 should be sufficiently high so that there is no deposition. The pipe 12 may also have a few bends; Thus, a sticking of individual grains against a straight and thus more laminar flow is better avoided. With a tube diameter of 20 cm, a flow rate of 17 m / sec and a length of about 10 m, very good results are achieved.
Am Ende der Rohrleitung 12 wird das aufgeschäumte Schüttgut in - idealerweise trichterförmige - Auffangbehältnisse 14 mit darunter angeschlossenen Säcken 15 geschleudert. Durch die als Siebflächen ausgebildeten Wände der Säcke 14 wird die aus der Rohrleitung 12 strömende Luft abgeführt. Es ist sehr vorteilhaft, mehrere Auffangbehältnisse 14 in Strömungsrichtung der ausströmenden Luft aneinander angrenzend aufzustellen. Da spezifisch leichtere Körner besser von der strömenden Luft getragen werden, als spezifisch schwerere Körner, deren Bewegung stärker durch ihre Masse bestimmt ist, ergibt sich damit eine Gewichtssortierung der aufgeschäumten Körner. Am Ende der Rohrleitung 13 kann auch eine Art Falle 13 für mangelhaft oder gar nicht aufgeschäumte Körner ausgebildet werden. Diese Körner werden auf Grund ihrer Dichte eher am unteren Querschnittsbereich der Rohrleitung 12 entlangbewegt, und können durch eine untere Mantelöffnung und einen daran anschließenden von unten in die Rohrleitung 12 hineinragenden Einschubteil gut aussortiert werden.At the end of the pipeline 12, the foamed bulk material is thrown into - ideally funnel-shaped - collecting containers 14 with sacks 15 connected beneath it. By formed as a screen surfaces walls of the bags 14, the air flowing out of the pipe 12 is discharged. It is very advantageous to arrange a plurality of collecting containers 14 adjacent to one another in the flow direction of the outflowing air. Since specifically lighter grains are better carried by the flowing air than specific heavier grains whose movement is determined more by their mass, this results in a weight sorting of the foamed grains. At the end of the pipe 13 also a kind of trap 13 can be formed for poorly or not at all foamed grains. Due to their density, these grains are moved closer to the lower cross-sectional area of the pipeline 12, and can be sorted out well by a lower jacket opening and an adjoining insert part projecting from below into the pipeline 12.
Natürlich sind innerhalb des Erfindungsgedankens sehr viele Abwandlungen wie beispielsweise andere Ofenprinzipien sowie andere Transport- Zuführuhgs- und Abführungsmethoden für das Schüttgut möglich. Es ist natürlich auch nicht unbedingt erforderlich das angelieferte Schüttgut direkt vor dem Eintritt in den Drehrohrofen 4 noch zu filtern.Of course, many modifications such as other furnace principles as well as other transport feed and discharge methods for the bulk material are possible within the inventive concept. Of course, it is also not absolutely necessary to filter the delivered bulk material directly before entering the rotary kiln 4.
Die beschriebenen Betriebsparameter beziehen sich auf ein Schüttgut aus Pechstein. Sie treffen zumindest annähernd für das Aufschäumen von vielen silikatreichen Mineralien vulkanischen Ursprungs mit hohem Verglasungsanteil und eingeschlossenem Kristallwasser zu. Bei entsprechender Anpassung der Betriebsparameter wie Menge pro Zeit, Temperaturen und Geschwindigkeiten ist das beschriebene Verfahren für das Aufschäumen einer Fülle weiterer Materialien abwandelbar.The operating parameters described relate to a bulk of Pechstein. They are at least approximately true for the foaming of many silicate-rich minerals of volcanic origin with a high proportion of glazing and trapped water of crystallization. With appropriate adjustment of the operating parameters such as amount per time, temperatures and speeds, the method described for the foaming of a wealth of other materials can be modified.
Natürlich braucht das unter Hitzeeinwirkung gasförmig werdende Medium nicht unbedingt Wasser zu sein. Es können auch andere als Treibmittel wirkende Substanzen, wie beispielsweise bei Normaltemperatur gebundenes CO2 oder Titanhydrid vorgesehen werden. Das aufgeschäumte Material muss nicht unbedingt ein mineralisches Material sein. Es kann beispielsweise auch ein Metall sein, in welches in einem früheren Arbeitsschritt Treibmittelpartikel eingelagert worden sind. Es kann auch ein organisches Material sein, welches mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens zu Flocken oder Kügelchen aufgeschäumt wird.Of course, the medium that becomes gaseous under the action of heat does not necessarily need to be water. It can also act as blowing agents other substances, such as For example, be provided at normal temperature bound CO 2 or titanium hydride. The foamed material does not necessarily have to be a mineral material. It can also be, for example, a metal in which propellant particles have been incorporated in an earlier step. It may also be an organic material, which is foamed by means of the described method into flakes or beads.
Es ist relativ schwierig, den für den konkreten Aufschäumvorgang angewendeten Schachtofen 8 bezüglich der Produktionsmenge pro Zeit in sehr verschiedenen Be- triebszuständen zu steuern. Es ist hingegen sehr unkompliziert den für die Vortrocknung zuständigen Drehrohrofen 4 in einem weiten Kapazitätsbereich richtig zu steuern. Um eine Aufschäumanlage daher gut an wechselnde Auslastungen anpassen zu können, ist es daher sinnvoll, einen einzigen leistungsfähigeren Drehrohrofen 4 für eine Mehrzahl von Schachtöfen 8 vorzusehen, von denen dann je nach Erfordernis eine kleinere oder größere Anzahl in Betrieb genommen wird oder nicht. It is relatively difficult to control the shaft furnace 8 used for the specific foaming process with regard to the production quantity per time in very different operating states. On the other hand, it is very straightforward to properly control the rotary kiln 4 responsible for the predrying in a wide capacity range. Therefore, in order to be able to adapt a frothing system well to changing workloads, it therefore makes sense to provide a single more powerful rotary kiln 4 for a plurality of shaft kilns 8, of which then a smaller or larger number is put into operation as required or not.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Schüttgut aus porösen Körnern durch Aufschäumen von Partikeln eines Schüttgutes zufolge Hitzeeinwirkung, wobei die einzelnen Partikel des Ausgangsschüttgutes aus einem bei erhöhter Temperatur zähflüssig werdenden Material bestehen, in welchem eine bei erhöhter Temperatur gasförmig werdende Komponente eingeschlossen, angelagert oder enthalten ist, wobei das Schüttgut in einer früheren Heizstufe auf eine Temperatur erwärmt wird bei der es noch fest ist, wobei aber schon ein Ausgasen der bei erhöhter Temperatur gasförmig werdenden Komponente erfolgen kann, und wobei in einer später erfolgenden Heizstufe die Temperatur des Schüttgutes soweit erhöht wird, dass die einzelnen Partikel zähflüssig werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen diesen beiden Heizstufen eine Siebung des Schüttgutes erfolgt durch welche Partikel deren Größe eine vorherbestimmte Untergrenze unterschreiten von der späteren Heizstufe ausgeschlossen werden.1. A process for the production of bulk material from porous grains by foaming of particles of a bulk material by heat, wherein the individual particles of the Ausgangsschüttgutes consist of a viscous at elevated temperature material in which a gaseous at elevated temperature component is included, attached or contained wherein the bulk material is heated in an earlier heating stage to a temperature at which it is still solid, but already outgassing of gaseous at elevated temperature component can take place, and wherein in a subsequent heating stage, the temperature of the bulk material is increased so far that the individual particles are viscous, characterized in that between these two heat levels, a screening of the bulk material is carried out by which particles whose size falls below a predetermined lower limit are excluded from the subsequent heating stage.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die frühere Heizstufe in einem annähernd horizontal angeordneten Drehrohrofen (4) erfolgt, und dass die spätere Heizstufe in einem Schachtofen (8) erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the earlier heating stage in an approximately horizontally disposed rotary kiln (4), and that the subsequent heating stage in a shaft furnace (8).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spätere Heizstufe in einem Schachtofen (8) erfolgt, dessen Höhe deutlich größer ist als seine horizontalen Abmessungen, und dass das aufzuschäumende Schüttgut am o- beren Ende des Heizraumes in den Schachtofen eingegeben und am unteren Ende daraus entnommen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the subsequent heating stage in a shaft furnace (8), whose height is significantly greater than its horizontal dimensions, and that the foamed bulk material entered at the o- beren end of the boiler room in the shaft furnace and taken from it at the bottom.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllöffnung (7) des Schachtofens (8) als Konusverteiler ausgebildet ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the filling opening (7) of the shaft furnace (8) is designed as a cone distributor.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der einen Konus bildende Teil des Konusverteilers mit einer Vibration beaufschlagt ist.5. The method according to claim 4, characterized in that the cone forming part of the cone distributor is acted upon by a vibration.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut nach der späteren Heizstufe in einer Rohrleitung (12) durch einen Frischluftstrom bewegt und gekühlt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the bulk material is moved after the subsequent heating stage in a pipe (12) by a fresh air stream and cooled.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, däss die Rohrleitung (12) gekrümmte Bereiche aufweist. 7. The method according to claim 6, characterized in that the pipe (12) has curved portions.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rohrleitung (12) von einem Ende mittels eines Injektorrohres Frischluft eingeblasen wird, wobei der Außendurchmesser des Injektorrohres kleiner ist als der Innendurchmesser der Rohrleitung (12) und wobei das Ende des Injektorrohres über die Einmündungsstelle der Entnahmeleitung (11) hinausragt.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that in the pipe (12) is blown from one end by means of an injector fresh air, wherein the outer diameter of the injector tube is smaller than the inner diameter of the pipe (12) and wherein the end of the injector tube extends beyond the junction of the sampling line (11).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor in seiner Längsrichtung verschiebbar ist.9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the injector is displaceable in its longitudinal direction.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausströmöffnung der Rohrleitung (12) mehrere Auffangbehältnisse (14) in Strömungsrichtung der ausströmenden Luft aneinander angrenzend angeordnet sind.10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that after the outflow opening of the pipe (12) a plurality of collecting containers (14) are arranged adjacent to each other in the flow direction of the outflowing air.
11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Ofens für die frühere Heizstufe für mehrere Öfen für die spätere Heizstufe ausreicht.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the capacity of the furnace for the earlier heating stage for a plurality of ovens for the subsequent heating stage is sufficient.
12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Aufschäumen eines Schüttgutes aus einem silikatreichen Mineral vulkanischen Ursprungs mit hohem Verglasungsanteil und eingeschlossenem Kristallwasser angewendet wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is used for foaming a bulk material of a silicate-rich mineral of volcanic origin with high glazing proportion and trapped water of crystallization.
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