DE3320030A1

DE3320030A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung hydraulischer zemente

Info

Publication number: DE3320030A1
Application number: DE3320030A
Authority: DE
Inventors: Eddie Kenneth 38138 Germantown Tenn. Wilson sen.
Original assignee: FIRST MISSISSIPPI CORP
Current assignee: FIRST MISSISSIPPI CORP
Priority date: 1983-05-27
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1984-11-29
Also published as: KR850000024A; ZA834227B; US4477283A; GB2140405A; ES523137A0; BR8303134A; NL8302060A; SE8303314L; ES8505512A1; FR2546511A1; JPS59223259A; GB8315928D0; SE8303314D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Portland- und anderen hydraulischen Zementen, insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Zemente unter Verwendung von elektrischer Energie.

Die hydraulischen Zemente werden seit langer Zeit als
wichtige Gruppe von Zementmaterialien, die hauptsächlich
in der Bauindustrie verwendet werden, angesehen. Diese

Semente weisen die besondere Eigenschaft auf unter Wasser
abzubinden und zu härten. Die wesentlichen Bestandteile
der Zemente sind Kalk (CaO), Siliziumoxid (SiO₂), Aluminiumoxid (Al-O^) und Verbindungen, die sich davon ableiten. In Gegenwart von Wasser reagieren diese Verbindungen, um

schließlich ein gehärtetes Produkt zu bilden, das hydratisierte Kalzium- und Aluminiumoxidsilikate enthält. Die
hydraulischen Zemente umfassen Portlandzement, aluminiumoxidreichen Zement, hydraulischen Kalk und weniger bekannte Zemente.

Von allen hydraulischen Zementen ist der Portland-Zement
bei weitem der wichtigste. Portland-Zement ist das Hauptbaumaterial, das in praktisch jedem Beton sowie in den
meisten Mauermörteln verwendet wird. Die Hauptbestandteile des Portland-Zements sind Trikalziumsilikat (3CaO · SiO_?), Dikalziumsilikat (2CaO · SiO₁₅) und Trikalziumaluminat
(3CaO · Al OJ, welche jeweils, wenn sie gemahlen sind oder im pulverförmigen Zustand vorliegen, mit Wasser reagieren, um eine harte steinähnliche Substanz zu bilden, die durch

ineinander eingreifende Kristalle zusammengehalten wird. j Andere Verbindungen, wie Magnesiumoxid (MgO) und Tetrakalziumaluminiumferrit (4CaO ♦ Al O₁ · Fe 0 ), die in
Portland-Zement vorhanden sind, zeigen keine sementartigen Eigenschaften. Die genaue Zusammensetzung von Portland-

Zement wird durch A.S.T.M. Standard-Normen angegeben, die j von der Industrie benutzt werden.

Portland-Zement wird in den meisten Zementherstellungsanlagen

erhalten, in denenKaIk und siliziumoxidhaltige Materialien zusanunffl gemahlen ■ werden, wobei das Gemisch in einem Drehrohrofen auf den Schmelzpunkt erwärmt wird. Das Schmelzen beginnt bei etwa 1290⁰C, wobei die genaue Temperatur von der chemischen Zusammensetzung des eingesetzten Materials und der Art und der Menge des Flußmittels abhängt, das in der Mischung vorhanden ist. Die Hauptflußmittel sind Aluminiumoxid (Al₂O-) und Eisenoxid (Fe-O-), wobei es diese Flußmittel ermöglichen, daß chemische Reaktionen bei relativ niedrigen Temperaturen auftreten. Normalerweise wird der Kalk aus natürlichen kalkhaltigen Lagerstätten, wie Kalkstein, Marmor oder Aragonit, erhalten. Unter bestimmten Umständen kann der Kalk jedoch von Industrienebenprodukten stammen, beispielsweise aus Phosphorgips, einem pulverförmigen Kalziumsulfat, das bei der Herstellung von Phosphorsäure' anfällt. Das Siliziumoxid und die Flußmittel werden auf der anderen Seite im allgemeinen aus argillousen Lagerstätten, wie Ton, Schiefer und Sand, erhalten.

Um Portland-Zement herzustellen, wird dabei argillouses Material und kalkhaltiges Material zerkleinert, vermischt und gemeinsam zu einem feinen Pulver vermählen, wobei die Anteile der beiden Materialien und die jeweilige Zusammensetzung innerhalb enger Grenzen gehalten werden. Das Gemisch wird dem oberen Ende eines Drehrohrofens zugeführt, wo es gegebenenfalls bis zum Schmelzpunkt erhitzt wird. Bei Annäherung an den heißesten Abschnitt wird ein Teil des vermahlenen Materialgemischs geschmolzen, wobei chemische Reaktionen zwischen den Bestandteilen des Ausgangsgemischs auftreten. Während dieser Reaktionen werden neue Verbindungen gebildet. Nach dem der heißeste Abschnitt passiert worden ist, schmelzen die Verbindungen und bilden Klinker. Der Klinker wird dann in eine Kühleinrichtung entleert. Nach dem Abkühlen wird der Klinker sorgfältig mit einer genau eingestellten Gipsmenge vermischt und das Gemisch wird zu einem sehr feinen Pulver gemahlen. Dieses fein gemahlene Pulver stellt den handelsüblichen Portland-Zement dar.

Die einzelnen Drehrohröfen weisen eine unterschiedliche Länge und einen unterschiedlichen Durchmesser auf. Sie laufen nur langsam um (eine Umdrehung in einer,.zwei oder mehr Minuten), wobei, da sie leicht geneigt sind, die Charge langsam nach unten zu dem heißen Ende des Ofens wandert. Da er an seinem unteren Ende erhitzt wird, entwickelt ein Drehrohrofen die heißesten Temperaturen in einem relativ schmalen Bereich des Ofens, wobei die Temperatur zu dem oberen Ende allmählich abnimmt. Zu keinem Zeitpunkt wird das gesamte Gemisch in dem Drehrohrofen, selbst in der heißesten Zone, geschmolzen. Es sind spezielle schwer schmelzbare Materialien erforderlich, insbesondere für die heiße Zone am unteren Ende, und wenn ein Ofen einmal angezündet worden ist, muß er kontinuierlich betrieben werden, da sonst das teure schwer schmelzende Material durch thermische Spannungen beim Kühlen und Wiedererwärmen beschädigt wird. Versucht man, einen Drehrohrofen oberhalb seiner normalen Betriebstemperatur zu betreiben, so wird ein hoher Anteil des zugegebenen Gemischs auf einmal flüssig und läuft in unkontrollierbarer Weise aus dem Ofen heraus. Dadurch tritt auch eine beträchtliche Beschädigung der schwer schmelzbaren Materialien, des Drehrohrofengehäuses und der Kühleinrichtung für den Klinker auf.

Im allgemeinen wird ein Drehrohrofen erwärmt, indem ein fossiler Brennstoff an seinem unteren Ende verbrannt wird, wobei die heißen Verbrennungsgase den Ofen hinauf wandern. Die Wärmeenergie wird auf das nach unten bewegte Ausgangsmaterial durch direkten Kontakt übertragen, sowie indirekt durch die Erwärmung der schwer schmelzbaren Auskleidung.

Wenn die Ausgangsmaterialien getrocknet, erwärmt und teilweise durch die heißen Gase kalziniert sind, wird ein Teil der feinen Teilchen aufgenommen und aus dem Ofen als Ofenstaub transportiert.

Der Ofenstaub enthält im allgemeinen einige alkalische Stoffe, vor allen Dingen in Form von Natrium- und Kaliumverbindungen, da diese sowohl in der Ausgangs-Charge wie

in der Kohle vorkommen/ welche als Brennstoff verwendet wird. Die Ausgangs-Charge und der Brennstoff enthalten ferner häufig Schwefel, der sich verflüchtigt und in den Gasstrom eintritt, wo er im allgemeinen sich mit dem Kalk und den alkalischen Materialien verbindet, um Sulfate zu bilden.

Der Ofenstaub wird zuerst zu dem Ofen zurückgeführt, jedoch wird schließlich sein Alkali- und Sulfatgehalt so groß, daß er nicht mehr zur Zementherstellung geeignet ist und verworfen werden muß. Dadurch entsteht ein Entsorgungsproblem. Diejenigen Schwefelverbindungen, die nicht mit Alkalien oder Kalk reagieren, gehen mit den Rauchgasen ab. Falls Schwefel-Alkali-Verbindungen oder andere teilchenförmige Stoffe in hinreichend großer Menge vorliegen, wird der Rauchgasstrom unakzeptabel· umweltschädlich, so daß er eine Behandlung erfordert, um den Emissionswerten zu genügen.

Das Drehrohrofenverfahren, das zur Herstellung von Portland-Zement im allgemeinen verwendet wird, erfordert also hohe Investitionskosten, wobei eine thermisch nicht effiziente Vorrichtung Verwendung findet. Weiterhin muß der Ofen, wenn er einmal gezündet worden ist, erwärmt und im Betriebszustand gehalten werden, bis er nach einer vorgegebenen Art und Weise abgestellt wird, da die thermischen Spannungen, die beim Abkühlen auftreten, seine schwer schmelzbaren Materialien und sein Gehäuse, das sehr kostspielig ist, beschädigen.

In der US-PS 4 213 791 ist ein Verfahren zur Herstellung von Portland-Zement und anderen hydraulischen Zementen in einem elektrischen Ofen beschrieben, wodurch auf einen Drehrohrofen verzichtet wird. Ein wichtiges Merkmal des in der US-PS 4 213 791 beschriebenen Verfahrens ist die Möglichkeit, eine große Zahl unterschiedlicher Chargenmaterialien verwenden zu können, einschließlich natürlich vorkommender kalkhaltiger und argillouser Materialien, sowie von Nebenprodukten industrieller Verfahren, unabhängig davon, ob diese Materialien geschmolzen oder in einem pulverförmigen

oder nicht pulverförraigen festen Zustand vorliegen. Anlagen, die nach der Lehre des vorstehend erwähnten Patents arbeiten, sind im allgemeinen weniger kostspielig als ein herkömmlicher Drehrohrofen, wobei ihre Größe erheblich vermindert werden kann, so daß Anlagen an Stellen verwendet werden können, die näher am Verwendungsort des Zements liegen, wodurch Transportkosten vermindert werden. Darüberhinaus können Anlagen, die nach dem Verfahren der US-PS 4 231 791 betrieben werden, in einer Weise abgeschaltet werden, daß sie vollständig außer Betrieb gesetzt sind, ohne daß die für das Verfahren verwendete Vorrichtung beschädigt wird. Es erfordert ferner besondere Umstände, um die Snergiesparsamste Trocken-, Vorerwärmungs- und Kalziniereinrichtung, die es gibt, auszuwählen, die am besten dem Ausgangszement-Chargenmaterial entspricht.

Es ist festgestellt worden, daß bei Durchführung des Verfahrens, das in der US-PS 4 231 791 beschrieben ist, ein wesentlicher Vorteil auftritt, wenn der Ofen mit einem Auskleidungsmaterial ausgekleidet wird, das im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie der gewünschte Zement besitzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, das in der US-PS 4 213 791 beschrieben ist, wird die Schmelze¹ in einer Aussparung in dem Ofen gelassen, die mit dem gewünschten Zement ausgekleidet ist, wobei die Schmelze im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie der gewünschte Zement besitzt. Geeignete Chargenmaterialien werden in die Aussparung gegeben, wobei die Anteile des Chargenmaterials so gewählt werden, daß nach der chemischen Umsetzung der gewünschte Zement gebildet wird. Die Schmelze wird in der Aussparung hinreichend erwärmt, um die Materialien zu verflüssigen und chemisch in der Schmelze urazusstssn , wobei die Erwärmung mit elektrischer Energie durchgeführt wird. Die Schmelze wird periodisch oder kontinuierlich der Aussparung entnommen und abgekühlt. Die Abkühlung der entnommenen Schmelze wird gesteuert, um sie zu einer Substanz zu verfestigen, die die chemische Beschaffenheit und die Eigenschaften des gewünschten Portland- oder hydraulischen

Zements aufweist.

Es ist nun eine Weiterbildung des in der US-PS 4 213 791 beschriebenen Verfahrens gefunden und entwickelt worden. Die durch die Weiterbildung erzielten Vorteile umfassen:

(1) Die Art/ mit der die Schmelze dem Ofen entnommen und gekühlt wird, um einen einwandfreien Zement zu erhalten, der die gewünschte Beschaffenheit besitzt;

(2) die Art und Weise, in der das Ausgangsmaterial , mit dem der Zement erzeugt wird, der Schmelze zugeführt wird,so-wie sie im Ofen vorliegt;

(3) die Vorrichtung und die Art und Weise, mit der die Schmelze elektrisch erhitzt wird, einschließlich der speziellen Art und Weise, in der der Plasmabrenner nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens in und an dem Ofen angeordnet ist;

(4) die Art und Weise, in der die Auskleidung in dem Ofen vorgesehen ist und aufrechterhalten wird, einschließlich des Zusammenhangs mit dem Volumen und dem Verhältnis der Ausgangsmaterialien, mit

denen der Ofen beschickt wird;

(5) die Art und Weise, mit der die Anteile der Ausgangsmaterialien dem Ofen zugeführt werden, um die richtigen Verhältnisse des Kalziums und des

Siliziumoxids in der Schmelze aufrechtzuerhalten, die am Schluß den Zement bildet, der die gewünschte Zusammensetzung besitzt; und

(6) die Art und Weise/mit der ein Gas für die speziellen elektrischen Brenner in dem System erzeugt und schließlich dan Brenner zugeführt wird, wobei verhindert wird, daß giftige Gase in die Atmosphäre

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gelangen.

Diese und andere Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, wobei gleiche Bezugsziffern und Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen.

In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht der Gesamtvorrichtung;

Figur 2 einen Querschnitt durch den Ofen entlang der Linie 2-2 nach Figur 1, wobei Teile weggelassen sind;

Figur 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 nach Figur 1 in teilweiser Wiedergabe, wobei der Gasauslaß im einzelnen dargestellt ist;

Figur 4 eine teilweise geschnittene Ansicht des Beschickungskolben s;

Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 nach Figur wobei die Meßvorrichtung im einzelnen darge

stellt ist;

Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines teilweise geschnittenen Sammelkastens des Ofens;

Figur 7 einen Schnitt des Sammelkastens entlang der Linie 7-7 nach Figur 6 in teilweiser Wiedergabe ;

Figur 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 nach Figur

Figur 9 eine Explosionsdarstellung der Grundplatte und der Verbindungsmittel des Ofens;

Figur 10 einen Schnitt des wassergekühlten Doppelmantels

um das Ofenloch;

Figur 11 eine Draufsicht auf den Doppelmantel gemäß Figur 10 entlang der Linie 11-11;

Figur 12 eine Draufsicht auf einen abgeänderten Ofen mit mehreren Brennern, Zufuhreinrichtungen und Ofenlöchern;
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Figur 13 einen Schnitt entlang der Linie 13-13 nach Figur 12;

Figur 14 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des Ofens;

Figur 15 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Ofens/ wobei als Wärmequelle ein elektrischer Bogen verwendet wird; 20

Figur 16 eine Draufsicht auf den zum Teil geschnittenen Ofen nach Figur 15;

Figur 17 einen Querschnitt eines Plasmabogenbrenners, der nach dem Übertragungsprinzip arbeitet,

in vereinfachter Darstellung.

Da Portland-Zement der wichtigste hydraulische Zement ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Herstellung von Portland-Zement beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß durch Änderungen der Ausgangsmaterialien und deren Anteile andere hydraulische Zemente erzeugt werden können.

Beim Anlaufen der Anlage werden die Ausgangsmaterialien dem Ofen in kontrollierten Anteilen zugegeben, damit die Bestandteile in dem richtigen Verhältnis vorliegen, das für die Herstellung von Portland-Zement erforderlich ist,

Die Eingangs dem Ofen zugegebenen Materialien werden erwärmt, um eine Schmelze in dem Ofen zu bilden. Wie vorstehend erwähnt, besteht ein wichtiges Merkmal einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, eine Schmelze zu ergeben, die gleichzeitig die Auskleidung oder Schale in dem Ofen bildet, die als schwer schmelzbares Material dem Schutz des Ofengehäuses dient. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden deshalb die Komponenten dem Ofen in solchen Anteilen zugegeben, daß der chemische Aufbau, der für Portland-Zement notwendig ist, vorliegt, wobei eine Auskleidung oder Schale für das Ofengehäuse gebildet wird.

Wenn die Schmelze und die Auskleidung in dem Ofen vorliegen, werden die Ausgangsmaterialien in den entsprechenden Anteile kontinuierlich zugegeben. Diese Ausgangsmaterialien können geschmolzen oder fest sein, wobei sie, wenn sie in fester Form vorliegen, pulverförmig oder knollenförmig sein können. Auch können sie Raumtemperatur aufweisen oder vorerwärmt oder sogar kalziniert sein. Wenn sie knollenförmig sind, wird die obere Grenze der Größe in der Praxis durch die Auslegung der Anlage bestimmt, so daß die Knollen den Betrieb des Ofens sowie seiner Zufuhreinrichtung nicht beeinträchtigen. Die Schmelze erreicht hohe Temperaturen, so daß sämtliche ihr zugegebenen Materialien gegebenenfalls geschmolzen werden können.

Eine der Ausgangsmaterialien muß eine Quelle für gebrannten Kalk, d.h. Kalziumoxid (CaO) darstellen. Eine häufige und geeignete Quelle für gebrannten Kalk ist Kalkstein, der in erster Linie Kaliumcarbonat (CaCO ) enthält. Wenn diese Verbindung auf etwa 900⁰C erwärmt wird, zersetzt sie sich in gebrannten Kalk {CaO) und Kohlendioxid (CO,), wobei letzteres als Gas in die Atmosphäre entweichen oder, wie nachstehend beschrieben, bei dem Verfahren eingesetzt werden kann. Der Kalkstein , kann vor der Beschickung in den Ofen vorerwärmt sein, um '< etwas oder das gesamte Kohlendioxid freizusetzen. Bei einer

Vorerwärmung ist der elektrische Energiebedarf der Einrichtung geringer. Obgleich Kalkstein am geläufigsten ist, enthalten auch andere natürlich vorkommende kalkartige Materialien hohe Mengen an Kaliumcarbonat, so daß sie gleichfalls als Ausgangsmaterial bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Derartige Materialien umfassen Aragonit, Kreide, Marmor, Zementstein oder Muscheln marinen Ursprungs. Normalerweise werden natürlich vorkommende kalkhaltige Materialien zur Verwendung bei dem Verfahren durch Zerkleinern auf Knollenform gebracht, wobei feine Anteile, die bei dem Zerkleinerungsprozeß anfallen, gleichfalls als Beschickungsmaterial geeignet sind und der Schmelze zusammen mit den Knollen zugegeben werden, Vorzugsweise nachdem eine Vorerwärmung und Kalzinierung erfolgt ist, so daß der Kalk im wesentlichen das Chargenmaterial bildet, das zugegeben wird.

Als Kalkquelle sind ferner die Nebenprodukte zahlreicher Industrieverfahren geeignet. Beispielsweise enthalten bestimmte Abfälle von Rauchgasreinigungsanlagen erhebliche Mengen Kalk. Brennofenstaub ist gleichfalls geeignet, der normalerweise bei herkömmlichen Zementbrennöfen anfällt und einen hohen Alkali- und Schwefelgehalt besitzt. Phosphorgips oder natürlich vorkommender Gips, der im wesentlichen aus Kalziumsulfat (CaSO₄) besteht, kann gleichfalls als Kalkquelle verwendet werden, jedoch solltaa geeignete Einrichtungen zur Beseitigung des Schwefeltrioxid (SO,)-Gases vorhanden sein, beispielsweise eine Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure oder elementarem Schwefel.

Die Ausgangsmaterialien müssen ferner eine Siliziumoxid (SiO^)-Quelle aufweisen. Eine geeignete Quelle für festes Siliziumoxid sind natürlich vorkommende argillouse Materialien, wie Ton, Schiefer, Schieferton und Sand. Diese festen Materialien können leicht zu Pulvern oder Knollen zerkleinert werden, falls sie nicht schon in diesem Zustand vorliegen, wobei sie der Schmelze als solche zugegeben werden, entweder bei Raumtemperatur oder vorzugs-

weise vorerwärmt. Bestimmte Arten der Flugasche und Kohleasche weisen einen hohen Anteil von Siliziumoxid auf und können daher der Schmelze als solche oder vorerwärmt zugegeben werden.

Eine andere Quelle sowohl für Kalk wie Siliziumoxid ist : Kalziumsilikat (CaO · SiO ), das in der Schlacke vorliegt, die bei zahlreichen Industrieverfahren anfällt- Beispielsweise erzeugen Hochöfen, die zur Stahlherstellung verwende werden, eine große Menge Schlacke. Das Gleiche gilt für bestimmte Verfahren, die zur Extraktion von Phosphor aus Kalziumphosphatgestein verwendet werden, sowie für andere Verfahren zum Schmelzen von Chromerz. Die Schlacke liegt selbstverständlich ursprünglich in einem geschmolzenen Zustand vor, wobei sie als solche im allgemeinen abgegossen wird, um eine Schlackenhalde zu bilden, die größer und größer wird. Die Verwendungsmöglichkeiten für die Schlacke waren bisher gering, so daß sie sich lediglich angesammelt hat. Die Schlacke kann zu Korn- oder Knollengröße zerkleinert werden, wobei sie nach entsprechender Zudosierung anderer Kalk- oder Siliziumoxidquellen als solche der Schmelze in dem Ofen zugegeben wird.

Der Energieverbrauch des Zementherstellungsverfahrens kann erheblich herabgesetzt werden, wenn die Schlacke, die dem elektrischen Ofen zugeführt wird, bereits im geschmolzenen Zustand vorliegt. Kalziumsilikat schmilzt bei etwa 1300⁰C, so daß eine erhebliche Wärmemenge erforderlich ist, um den kalkhaltigen Anteil zu kalzinieren und das Kalziumsilikat auf diese Temperatur zu bringen. Dies ist möglich, sofern die Zementherstellungsanlage in der Nähe einer Industrieanlage vorgesehen ist, von der die Schlacke bezogen wird. Da die öfen, die für das erfindungsgemäße Verfahren notwendig sind, relativ klein sind und niedrige Kosten im Vergleich zu den herkömmlichei Drehrohrofen verursachen, ist dies möglich.

Die zugegebenen Ausgangsmaterialien können neben der Kalk

und Siliziumoxidquelle auch eine Aluminiumoxid (Al₂O-)- Quelle besitzen, obgleich die verwendbare Menge des Aluminiumoxids erheblich niedriger ist als die Kalk- oder Siliziumoxidmenge. Siliziumoxid und Aluminiumoxid kommen in der Natur häufig zusammen vor, desgleichen als schlackeartige Nebenprodukte zahlreicher Industrieverfahren, so daß häufiger die Siliziumoxidquelle zugleich als Aluminiumoxidquelle dient.

Die Ausgangsmaterialien können darüberhinaus ein Flußmittel enthalten, um die Temperatur zu senken, bei der die gewünschten chemischen Reaktionen in der Schmelze des Ofens auftreten. In einem gewissen Ausmaß hat Aluminiumoxid sowohl die Wirkung eines Flußmittels wie die einer wichtigen Zementverbindung. Ein anderes übliches Flußmittel ist' Eisenoxid (Fe~O ), das ähnlich wie Aluminiumoxid in zahlreichen argillousen Substanzen sowie in schlackeartigen Industrienebenprodukten vorkommt, und das außerdem zur Absorption von überschüssigem Kalk in den Zementgemischen geeignet ist.

Andere Materialien treten oft in kleinen Mengen in zahlreichen Chargenmaterialien auf. Diese umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Alkaliverbindungen, wie Natrium- und Kaliumverbindungen, sowie Schwefel-, Titan-, Magnesium-, Mangan-, Phosphor-, Barium- und Strontiumverbindungen. Wenn sie in zu großen Mengen vorliegen, können sie für das Zementprodukt schädlich sein. Dies gilt insbesondere für Alkali- und Phosphorverbindungen.

In der Schmelze des Ofens reagieren die Chargenmaterialien miteinander, so daß die Schmelze, wenn sie abgezogen und gekühlt worden ist, in entsprechenden Anteilen Trikalziumsilikat (3CaO · SiO₂), Dikalziumsilikat (2CaO · SiO₂) und Trikalziumaluminat (3CaO · Al₂O₃) sowie andere Verbindungen enthält, die für den gewünschten Zement erforderlich sind. Die chemische Zusammensetzung der Chargenmaterialien muß dabei bekannt sein und die Chargenmateiialien müssen so

dosiert werden, daß die Schmelze in dem elektrischen Ofen zu der für den gewünschten Portland-Zement oder andere Zemente erforderlichen chemischen Zusammensetzung führt. Normalerweise wird die Zuteilung durch Dosieren oder Abwiegen der Ausgangsmaterialien vor der Zugabe in den Ofen durchgeführt. Die Ausgangsmaterialien können neben Kalk, Siliziumoxid und Aluminiumoxid zahlreiche andere Verbindungen enthalten, die während der Vorerwärmung oder bei der hohen Hitze des Ofens Gase entwickeln. Wenn beispielsweise Kaliumcarbonat (CaCO₃) die Kalkquelle darstellt und es nicht in einer separaten Vorrichtung kalziniert worden ist, kann ein elektrischer Ofen verwendet werden, um Kohlendioxid (CO₃) unter Bildung von gebranntem Kalk (CaO) freizusetzen. Der elektrische Ofen ist besonders wirksam zur Verdampfung von Alkali-Phosphor- und anderen Verbindungen in den Chargenmaterialien aufgrund der konzentrierten hohen Hitze der Schmelze, wobei im allgemeinen nur Spurenmengen dieser Verbindungen in dem Endprodukt zurückbleiben, die nicht stören. Die freigesetzten Verbindungen sind gleichfalls leicht und in wirtschaftlicher Weise zurückzugewinnen. Andere Nithtzementverbindungen können in dem Endprodukt auftreten, wobei sie den Zement nicht spürbar beeinträchtigen. Freier·gebrannter Kalk sollte auf einem Minimum und innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten werden.

Wie vorstehend ausgeführt, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Schmelze in dem Ofen in einer Schale enthalten, die aus dem gleichen Material wie die Schmelze selbst besteht. Die Schale dient als schwer schmelzbare Auskleidung des Ofens. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Schmelze, die von der Schale geschützt wird und aus dem gleichen Material besteht, durch die schwer schmelzbare Auskleidung verunreinigt wird oder die schwer schmelzbare Auskleidung beschädigt. Herkömmliche schwer schmelzbare Steine enthalten Magnesium und andere Elemente, die, falls sie in die Schmelze gelangen, die Qualität des hergestellten Zements beeinträchtigen. Im

Hinblick auf ihre extrem hohe Temperatur, die 165O⁰C erreichen kann und je nach den Chargematerialien im allgemeinen mehr bei 1500⁰C liegt, wird sich die Schmelze dauernd mit den bekannten schwer schmelzbaren Materialien umsetzen. Das Ergebnis würde die Erosion der schwer schmelzbaren Materialien und eine Verunreinigung der Schmelze sein. Durch die Schalenbildung wird nicht nur die Erosion und die Verunreinigung verhindert , die durch die Einwirkung der Schmelze auf herkömmliche schwer schmelzbare Materialien eintritt, sondern es werden außerdem die Probleme beseitigt, die beim Anfahren und Außerbetriebsetzen bei herkömmlichen schwer/schmelzbaren Materialien auftreten. Wenn die schwer schmelzbare Auskleidung eines herkömmlichen Zementofens auf die Betriebstemperatur des Ofens gebracht worden ist, kann der Ofen nicht abgekühlt werden, ohne eine Beschädigung der schwer schmelzbaren Auskleidung zu riskieren, da die herkömmlichen schwer schmelzbaren Materialien einem wiederholten thermischen Schock nicht standhalten, der bei einem Abkühlen und einer Wiedererwärmung von bzw. auf extrem hohe Temperaturen , wie sie für die Herstellung von Portland-Zement erforderlich sind, auftreten.

Falls eines oder mehrere der Chargenmaterialien pulverförmig sind, ist es notwendig, die Beschickungsgeschwindigkeit zu kontrollieren, um die Bildung einer Senke in Zonen der Schmelze aufgrund der raschen Wärmeübergangseigenschaften der vorhandenen pulverförmigen Teilchen zu verhindern.

Wenn die chemische Zusammensetzung der Chargenmaterialien derart ist, daß zu große Mengen nicht verdampfter Alkalien, Sulfate oder Phosphate vorliegen, dann ist der Ofen mit einem Dach und einem Auslaßsystem versehen, so daß diese Gase, die aus der Schmelze austreten, kondensiert und gesammelt werden können. Andere gasförmige Verbindungen können nach anderen Rückgewinnungs- und Beseitigungs-Verfahren gleichzeitig absorbiert werden. Dadurch werden umweltschädliche Materialien aus den gebildeten Gasen ent-

fernt/ bevor sie in die Atmosphäre gelangen.

Im Bereich der homogenen Schmelze wird der Ofen angestochen. Die Schmelze, die in kontrollierter Art und Weise entnommen wird, wird zu einem Klinker abkühlen gelassen. Das Abkühlen muß kontrolliert verlaufen, um eine entsprechende Verbindungsbildung sicherzustellen, jedoch schnell genug, um zu verhindern, daß die Kalziumsilikate in der Beta-Phase in die Gamma-Phase übergehen. Die Letztere zerbröckelt oder "staubt" und ist nicht zementartig.

Die Wärme, die die Kühleinrichtung dem Klinker entzieht, kann gesammelt und wiederverwendet werden. Beispielsweise kann die gesammelte Wärme einer Vorerwärmungsvorrichtung zugeführt werden, wo sie dazu dient, die Chargenmaterialien , vorzuerwärmen, die durch die Vorerwärmungseinrichtung hin- j durchtreten. Dies wird am besten dadurch erreicht, daß er - ι wärmte Luft, die aus der Kühleinrichtung austritt, der |

Vorerwärmungseinrichtung zugeführt wird. Sie kann auch als ; vorerwärmte Verbrennungsluft, falls eine fossile Brennstoff-ί quelle zur Vorerwärmung der Chargenmaterialien verwendet wird, eingesetzt werden. >"

Nach dem Verlassen der Kühleinrichtung wird der Klinker entweder zum Weitervertrieb abtransportiert oder gelagert. Schließlich kann der Klinker zerkleinert und zu einem feine Pulver gemahlen werden, das sich als Zement eignet.

Das allgemeine Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nachstehend anhand der Figur 1 beschrieben. Wie in Figur 1 dargestellt, umfaßt die Vorrichtung einen Ofen 10 mit einem Plasmabogenbrenner. Der Ofen ist so aufgebaut, daß eine Bedienungsperson das Ofenloch, das nachstehend beschrieben ist, direkt oder elektronisch sehen kann, desgleichen den j Plasmabogenbrenner, der nachstehend noch beschrieben wird.· Bei einer bevorzugten Ausführungsform , bei der die Aus-

gangsmaterialien Feststoffe sind, werden diese von oben mit der erforderlichen Zahl von Zufuhrbehältern, beispielsweise den Zufuhrbehältern 20 und 22, der Zufuhreinrichtung 26 in den entsprechenden Anteilen zugeführt, um die wesentliehe chemische Zusammensetzung des Portland-Zements zu erhalten. Die Rohmaterialien werden mit dosierter Zufuhr dem Inneren des Ofens mit einem Zufuhrschieber unterhalb der Schmelze zugeführt, was nachstehend noch im einzelnen im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 beschrieben wird.

Die Wärme zur Bildung und Aufrechterhaltung der Schmelze in den Ofen wird von dem Plasmabogenbrenner 4 0 geliefert, der so aufgebaut ist, daß er nach dem Übertragungsbogenverfahren arbeitet. Diese Brenner werden allgemein in den US-PS 3 673 375 und US-PS 3 194 941 beschrieben. Die Brenner und ihre Betriebsweise im Hinblick auf die vorliegende Erfindung werden gleichfalls nachstehend im Zusammenhang mit den Figuren 2, 9 und 17 näher erläutert. Die Schmelze, nachdem sie die chemische Zusammensetzung

2Q des angestrebten Zements erreicht hat, was in einer fast augenblicklichen Reaktion geschieht, wird aus dem Ofen über ein Ofenloch 50 auf einen Gußeisenfördecer 60 entleert, auf dem die Schmelze eine kontrollierte Abkühlung erfährt, um einen Zement zu bilden, der die gewünschte chemische Zusammensetzung besitzt.

Nachstehend werden die wesentlichen Teile und Bestandteile der Vorrichtung im einzelnen beschrieben. Gemäß Figur 2 weist der Ofen in seinem Inneren die Schmelze 14, die Aus-

oQ kleidung oder Schale 16 , die die gleiche chemische Zusammensetzung wie die Schmelze besitzt, sowie das Ofengehäuse 18, das aus Stahl besteht, auf. Die Auskleidung oder Schale kann die einzige Auskleidung des Ofens darstellen. Jedoch kann es manchmal von Vorteil sein, eine

₃p- relativ dünne konventionelle schwer schmelzende Auskleidung an dem Ofengehäuse bei der Inbetriebnahme zu besitzen. Die obere Abdeckung 17 des Ofens, die gleichfalls mit einem schwer schmelzbaren Material verkleidet ist,

das nicht notwendigerweise die gleiche Zusammensetzung wie die Schmelze aufweist, ist vorzugsweise 1,53 m über der Schmelze angeordnet. Es ist festgestellt worden,daß der Abstand zwischen der Schmelze und der Abdeckung des Ofens relativ kritisch ist, da der Abstand ausreichend groß sein muß, damit Metalloxide, wie Eisenoxid, sich abkühlen können und kondensieren, bevor sie die Verkleidung der Abdeckung erreichen. Falls dies nicht der Fall ist, führen nicht kondensierte Eisen- und ähnliche Oxide zu einer Beschädigung des schwer schmelzbaren Materials der Abdeckung, die ihrerseits die Zusammensetzung des Zements beeinträchtigt.

Weiterhin ist ein Sensor 15 innerhalb der schwer schmelzbaren Auskleidung angeordnet, die die gleiche Zusammensetzung wie die Schmelze aufweist. Der Sensor 15 in der Auskleidung 16 wird dazu verwendet, die Dicke der Auskleidung aufrechtzuerhalten und zu kontrollieren.

Wenn der Sensor 15 anzeigt, daß die Temperatur oberhalb eines kritischen Wertes angelangt ist, bei dem die Auskleidung beginnt sich aufgrund dieser hohen Temperatur aufzulösen, oder falls die Temperatur in einem Ausmaß abnimmt, daß die Auskleidung sich weiter aufbaut und sich damit die Größe der Schmelzausnehmung ändert, werden korrigierende Maßnahmen vorgenommen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform steht der Sensor mit der Ofenbeschickungseinrichtung in Verbindung. Falls der Sensor anzeigt, daß die Auskleidung eine zu hohe Temperatur aufweist, wird die Zufuhrgeschwindigkeit erhöht, wodurch die Schmelze und die Auskleidung in wirksamer Weise abgekühlt werden. Falls der Sensor anzeigt, daß die Auskleidung eine zu niedrige Temperatur aufweist, kann die Zufuhrgeschwindigkeit herabgesetzt werden, wodurch innerhalb eines kurzen Zeitraums die Temperatur der Schmelze und damit der Auskleidung in wirksamer Weise erhöht werden. Stattdessen kann der Sensor eine Kühlwasserströmung oder dergleichen in einem nicht dargestellten geeigneten Doppelmantel zwischen dem Ofengehäuse 18 und der Auskleidung 16 steuern, um dadurch die ClOPY

Temperatur der Auskleidung entweder zu erhöhen oder zu senken.

Wie Figur 2 zu entnehmen, werden die Ausgangsmaterialien, die in geeigneter Weise dosiert sind, um die Zusammensetzung des Portland-Zements zu ergeben, mittels eines Schiebers 30 der Schmelze unterhalb des Niveaus der Schmelze intermittierend oder im wesentlichen kontinuierlich zugeführt. Auch ist es möglich, die Ausgangsmaterialien der Oberfläche der Schmelze zuzuführen, wobei es sich als vorteilhaft und bevorzugt erwiesen hat, insbesondere, wenn fein zerkleinertes Material zugeführt wird, die Ausgangsmaterialien unter dem Schmelzniveau zuzuführen. Dadurch werden unangenehme Folgen verhindert, einschließlich der Verstopfung wesentlicher Durchgänge in den Plasmabogehbrennern, wenn diese als Wärmequelle eingesetzt werden, oder andere Probleme aufgrund der Ansammlung oder dem Absetzen des fein zerkleinerten Ausgangsmaterials in Bereichen, an denen diese nicht erwünscht oder schädlich sind . Die Einzelheiten der Erfindung zur Beschickung unterhalb der Oberfläche sind am besten aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich. Gemäß Figur 4 wird das Ausgangsmaterial von den Vorratsbehältern 20 und 22 einer Zufuhreinrichtung 26 zugeführt, die durch einen her-5 kömmlichen Elektromotor 27 angetrieben wird, und dann der Kolben- oder Schiebereinrichtung 30. Die Schiebereinrichtung umfaßt eine Luft- oder hydraulisch betätigte Ein richtung 34, die den Schieber 32 betätigt und antreibt. Der Schieber 32 schiebt Ausgangsmaterial, das von der Zufuhreinrichtung 26 kommt, unter Aufrechterhaltung der entsprechenden Zufuhrgeschwindigkeit periodisch in die Schmelze 14. Es ist festgestellt worden, daß es möglich und manchmal erwünscht ist, das Verhältnis der Ausgangsmaterialien, die der Schmelze zugeführt werden, aufgrund des elektrischen Widerstands der Schmelze zu kontrollieren. So ist festgestellt worden, daß der elektrische spezifische Widerstand der Schmelze direkt dem Kalzium- und Siliziumoxidverhältnis der Schmelze proportional ist. Falls der elektrische spezi-

fische 'Widerstand von einem zulässigen Plus- oder Minuswer.t abweicht, wird das Gemisch des zugeführten Kalziums und deszugeführten Siliziumoxid automatisch-neu in der Zu fuhreinrichtung eingestellt, um der Änderung des spezifischen Widerstands zu entsprechen. Ein anderes Verfahren, um die Qualität des Gemischs zu kontrollieren, kann in einfacher Weise vorgenommen werden,indem eine nicht dargestellte Röntgenuntersuchungseinrichtung eingeschaltet wird, die das Kalzium-Siliziumoxid-Verhältnis des zugeführten Materials, das der Schmelze zugegeben wird, überprüft und abändert.

Die Schiebereinrichtung 30 weist eine Abstreifeinrichtung 36 auf. Wie aus Figuren 4 und 5 ersichtlich, ist der Schieber 32 der Schiebereinrichtung 30 wesentlich kleiner als der Zufuhrkanal 31. Dies ist erwünscht, um ein Verklemmen zu verhindern. Die Abstreifeinrichtung 36 , die in dem Kanal 31 angeordnet ist, weist horizontale und vertikale Gitterteile oder Flügel 37 und 37a auf, wobei der Schieber 32 durch die Öffnung des Gitters hindurchtritt, wie aus Figur 5 ersichtlich. Der Schieber 32 drückt die Charge, die von der Zufuhreinrichtung 26 kommt, in die Schmelze, wobei die Flügel 37 und 37a den Schieber auf seinem Rückweg von erstarrter Schmelze reinigen, wodurch die nächste intermittierende Chargenzufuhr erleichtert wird. Führungsteile 37 sind vorgesehen, um den Schieber 32 gegenüber der Abstreifeinrichtung 36 auszurichten. Wie am besten aus Figur 5 ersichtlich, ist der Beschickungskanal 31 wassergekühlt. Das Wasser tritt über einen Einlaß 38a in einen Wasserkanal 38 ein und über einen Auslaß 38b aus. Wie aus den Figuren 1, 2,3 und 4 ersichtlich, ist die Schiebereinrichtung gegenüber der Schmelze geneigt angeordnet. Dies ist von großem Vorteil, da verhindert wird, daß die Schmelze in die Beschickungsvorrichtung zurücksteigt, wobei ein gleichmäßiger , kontinuierlicher und intermittierender Beschickungsbetrieb gewährleistet wird, ohne das ein Verklemmen auftritt.

In Figur 2 ist weiterhin ein Plasmabogenbrenner 40 ver-

anschaulicht/ der die Hitze für den Ofen liefert. Wie aus Figur 2 ersichtlich, wird der Brenner 40 durch eine Einrichtung 44 gegenüber dem Ofen angehoben und gesenkt. Der Brenner in dem Ofen kann bewegt werden, indem eine mit 46 bezeichnete Einrichtung in Verbindung mit der Einrichtung 44 verwendet wird, um den Brenner in dem Ofen entweder in Richtung auf die Beschickungseinrichtung 30, in Richtung auf das Ofenloch 50 oder in einer Zwischenposition auszurichten.

Plasmabogenbrenner sind bekannt, wie vorstehend erwähnt, und stellen als solche keinen wesentlichen Bestandteil der Erfindung dar. Bisher sind Plasmabogenbrenner jedoch nicht bei der Herstellung von Zement verwendet worden, wobei sie sich für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung in einzigartiger Weise eignen. Ein Schnitt durch einen Übertragungsbogenbrenner ist in Figur schematisch zur Veranschaulichung dargestellt. Gemäß Figur 17 weist der Brenner, der nach dem Ubertragungsbogenverfahren betrieben wird, eine Elektrode 80 , einen Kollimator 82 , einen Wirbelgenerator 84 zur Zufuhr des Betriebsgases , eine Wasserzufuhreinrichtung 86 zur Kühlung des Brenners und eine Wasserablaßeinrichtung 88 auf, durch die das im Kreislauf geführte Wasser abgeht.

Mit einer Gaszufuhreinrichtung 83 wird dem Wirbelgenerator zwischen der Elektrode 80 und dem Kollimator 82 Gas zugeführt. Als weitere wesentliche Teile weist der Plasmabogenbrenner, wie am besten aus den Figuren 2 und 9 ersichtlich eine Basis 85 auf, die im allgemeinen dem Boden des Ofens entspricht, um den Ubertragungsbogen von der Elektrode 80 aufzunehmen, ferner eine Einrichtung 87 zur Verbindung der Basis mit dem negativen Anschluß der Stromquelle für den Betrieb des Brenners sowie eine Abstandseinrichtung 89, die die Basis 85 mit der Einrichtung 87 verbindet. Im Betrieb wird der Bogen von der Elektrode 80 auf die Basis 85 übertragen. In dem Ausmaß, in dem die Schmelze leitend ist, wird sie die elektrische Energie, die der Bogen aufweist, aufnehmen und es ermöglichen, daß der Bogen die

-23·

Basis 85 und den negativen Anschluß dar Stromquelle erreicht, wodurch der elektrische Kreis geschlossen wird.

Der Plasmabogenbrenner benötigt zn seinem Betrieb Wasser, um den Brenner zu kühlen. Wie aas Figur 1 ersichtlich, wird das Kühlwasser über einen Wassereinlaß 86 zugeführt und über einen Wasserauslaß 88 abgeführt. Darüberhinaus muß dem Brenner, insbesondere dem Wirbelgenerator 84 Gas zugeführt werden. Das Gas wird zwischen dein Wirbelgenerator und dem Kollimator in bekannter Weise ionisiert. Im allgemeinen werden Plasmabogenbrenner mit Luft als Wirbelgeneratorgas beschickt. Bei einem Zementherstellungsofen ist jedoch die Menge der Luft, die der Brenner benötigt, erheblich, wodurch in den Fall, daß Luft das Wirbelgas bildet, erhebliche ΝΟ,,-Gase gebildet werden. In der Menge, in der diese Gase in einer Vorrichtung der Bauart, wie sie für einen Zeinenthersrallungsofen erforderlich ist, gebildet werden, kann jedoch die Umwelt schädlich beeinflußt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist daher das Wirbelgeneratorgas Kohlendioxid, das in dem Ofen in situ gebildet wird,und zwar dadurch, daß die Kalkbeschickung, die dem Ofen zugeführt wird, vorher nicht vollständig kalziniert worden ist. Das in dem Ofen erzeugte Kohlendioxid wird durch den Ofenauslaß 11 entfernt und über eine Leitung 13 einer Trenneinrichtung ■,'; zugeführt, wie am besten aus Figur 3 ersichtlich. Das Kohlendioxid wird dann, nachdem es mit einer Pumpe "?^!I unter Druck gesetzt worden ist, dem Wirbelgsnerator 84 des Brenners 40 zugeführt. Falls stattdessen der Brenner mit Luft gespeist wird, werden die NO -Gase über f3_ne Leitung 13 und eine Trenneinrichtung 41 entfernt und dann einer entsprechenden nicht dargestellten Salpetersäure-PIerstellungsanlage zugeführt.

Wie aus Figur 2 aisii-huii.cn, *,veisc dar Ofen ein Ofenloch 50 auf. Es ist von Bedeutung, daß das Ofenloch 50 an der Innenseite des Ofens im wesentlichen in Höhe der Schmelze 14 angeordnet ist und einen nach unten gerichteten Kanal aufweist, mit einem Winkel /J" , der zu dem Auslaßende

an der Außenseite des Ofens führt. Die Ausbildung und die Wartung des Ofenlochs sind kritisch, um eine intermittierende oder kontinuierliche Entnahme der Schmelze von dem Ofen zu gewährleisten, die die entsprechende chemische Zusammensetzung von Portland-Zement aufweist. Um die richtige Ausbildung und Größe des Ofenlochs aufrechtzuerhalten, ist, wie am besten aus Figuren 1 und 2 ersichtlich, der Bereich um das Ofenloch erweitert und mit Wasser gekühlten Kanälen 52 und 56 versehen, die das Ofenloch umgeben. Durch diese wassergekühlten Kanäle wird die Temperatur, die für eine kontinuierliche und intermittierende Entnahme der Schmelze erforderlich ist, im wesentlichen kontrolliert und aufrechterhalten. Wie dargestellt, weisen die Wasserkühleinrichtungen 52 und 53 Einlasse 52a bzw. 56a und Auslasse 52b bzw. 56b auf. Die Innenform der wassergekühlten Kanäle ist am besten aus Figuren 10 und 11 ersichtlich, die jedoch lediglich einen derartigen Kanal zeigen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß beide Kanäle den gleichen Aufbau besitzen. Wie ersichtlich, weisen die Wasserkanäle· im Abstand angeordnete ümlenkplatten 55 und 5 5a auf, die zu einer zwangsweisen Wasserströmung um die ümlenkplatten führen, wodurch eine wirksame Kühlung erreicht wird.

Die Schmelze wird von dem Ofenloch 50 auf eine Fördereinrichtung 60 abgelassen, die am besten aus Figuren 6, 7 und 8 ersichtlich ist. Die Gußeisenfördereinrichtung 60 ist von dem Gehäuse 6 3 unabhängig. Die Fördereinrichtung wird mit einem Vibrationsmotor 64 , der auf einer Schüttelfedereinrichtung 63 angeordnet ist, in Vibration versetzt, um die Bewegung der abgelassenen Schmelze von dem oberen Ende der Fördereinrichtung 60 zu dem Abgabeende zu erleichtern. Die Fördereinrichtung , die auch die Klinkerabgabe erleichtert, ist auf einem Rahmen 66 mit einem Neigungswinkel CX angeordnet. Die Fördereinrichtung 60 wird durch einen Wasserkanal 64 wassergekühlt. Das Wasser fließt durch einen Einlaß 65 und tritt durch einen Auslaß 67 aus. Es ist wesentlich, daß die Kühlung kontrolliert , wird, um Klinker zu erhalten, die die richtige Kristall-

bildung und c.ia richtige ohamischa Zusammensetzung des gewünschten Fortland-Zement besitzen. Um die richtige Kühlung und das ricntige .Kiinkarvachstura weiter zu erleichtern . kann Druckluft durch ϊ.Ιπο Leitung 59 und Finger 6Sa äera oberen Ende eier Fördereinrichtung 6 0 zugeführt werden.

Der in Figur 1 dargestellte Ofan weiEt ein relativ kleines Fassungvermögen auf. Venn das Ofer,fassunavermögen vergröBert werden soll., wird dor :.λ der. Figuren 12 und 13 dargestellte Ofen bevorzugt. Die wesentlichen Bestandteile des Ofens nach Figuren 12 und ¹S sind dabei die gleichen wie bei der Konstruktion, ηsch Figur 1. Der Ofen weist jedoch eine rechteckige Form 3.uj: und ist ~iit einer Vielzahl von Piasmabogcnbr eimern 4 0 versahen, dia an den Seitenwänden des Ofans und r. icht an dar oberen Abdeckung des Ofens vorgesehen si.ir¹, -;o.ucrhin weist der Ofen mehrere Oienlöcher 50 auf, ι?κ;ι ο.'Le Pü-smabogenbrenner direkt cecsnüber der Cien Locher ongecrnnet sind, um eine Ausrichtung der Kanone auf cao Cfeniccr. zu erleichtern, was für eine Verbesserung das Abstichs cies Ofens erforderlich ist. Bei aer in Figuren <'i una ", 3 dargestellten Ausführung^ form sind die BeschicJn^igsschieber zur Zufuhr des Beschickungsnatsrials unter car Oberfläche der Schmelze auf der gleichen :^:;I:t a;;d unterhalb der Brenner 40 angeordnet,

Figur 14 zeigt eine weitere Ausführunqsform. Der Ofen nach Figur 14 i^t dsmj-^iigsri, ö^r :L:i Figur 12 gezeigt ist, Var.licjh. Jedoch >*e-.st ^r ir.n ^r;.Iti Liier33 Fassungsvermögen auf und besitzt eins In v«-:-2.ntlichan quadratische Form. Z's wsraan z'-H-.i Plas^abcq ;;rir-;;nri3r vervendot , vobei sie an gegen .bor \ΐ33^ηα.?α ^iiii:^:r.;ä::J_:i :z3 Of.^ns vie die Cf eniöchir angeordnet -jiad. L :n G.:n -::^r in figur 14 gezeigten bauart eigr.ee sxcli ;, .-.scndsr.^c: ::r.r "'.oncrol"'e dar Temperatur der Schmeiße in üsrr. Of:;n und erl-aichtart die Entnahme. Die Be^ch^ckuricrj-.ii.r.r^^.'itv.riqeu _C Si.n"i nicht an dan gleiche Seitanwänden '.mq^crdr.^t ^r-:ic die Ofeniccher und dre Plasma-

bogenbrenner.

Wie aus Figur 12 ersichtlich, sind die Ofenlöcher mit separaten Fördereinrichtungen 60 versehen. Es ist jedoch auch möglich, eine einzige Fördereinrichtung zu verwenden, die sich entsprechend der Breite der Ofenwand erstreckt, wobei mehrere Ofenlöcher zur Beschickung einer einzigen Fördereinrichtung vorgesehen sind.

Eine noch andere Ausführungsform ist in den Figuren 15 und 16 dargestellt, wobei anstelle eines Plasmabogenbrenners ein elektrischer Ofen eingesetzt wird, der ein elektrischer Bogenofen ist. Die Elektroden 60 ragen in eine Ausnehmung des Ofens bis zu etwa 2,54 cm an die Oberfläche der Schmelze heran. Die Schmelze ist.ein relativ guter elektrischer Leiter, wobei die elektrische Spannung, die zwischen den Elektroden besteht, dazu führt, daß ein elektrischer Strom durch den Luftspalt zwischen den Enden der Elektroden und der Oberfläche der Schmelze hindurchtritt, der dann durch die Schmelze fließt. Bei dieser Ausführungsform ist es wesentlich, daß verhindert wird, daß die Elektroden mit der Schmelze in Kontakt kommen, wodurch die Elektroden korrodieren und Zersetzungsprodukte der Elektroden auftreten, die in die Schmelze gelangen, was der Bildung eines Zements, der die gewünschte chemische Zusammensetzung besitzt, entgegensteht.

Claims

332Ü030

Frist Mississippi Corporation, JaCkSOn₇ Mississippi, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung hydraulischer Zemente

ι Patentansprüche '

\ 1.; Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Zements, wie eines Portland-Zements, dadurch gekennzeichnet, da: eine Schmelze in einer Ausnehmung gebildet wird, die mit einem Material ausgekleidet ist, das im wesentlich« die gleiche chemische Zusammensetzung wie der gewünsch-Zement besitzt, wobei die Schmelze gleichfalls im wesej liehen die gleiche chemische Zusammensetzung wie der g* wünschte Zement aufweist, so daß die Schmelze durch da Material, das die Ausnehmung auskleidet, nicht beeinträchtigt wird; wobei

- geeignete Beschickungsmaterialien der Schmelze in d Ausnehmung zugeführt werden, wobei die Beschickungs-

materialien Verbindungen enthalten, die in geeignete Weise für den gewünschten Zement dosiert sind;

- die Schmelze in der Ausnehmung ausreichend erwärmt wird_/um die Eeschickungsmaterialien in einen ge- \ schmolzenen Zustand überzuführen und in der Schmelzt chemisch umzusetzen, wobei die Erwärmung durch elektrische Energie erfolgt; '

_ 2—

- die Schmelze aus der Ausnehmung abgezogen, und

- die abgezogene Schmelze gekühlt wird, um sie zu einer festen Substanz erstarren zu lassen, die die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften des erwünschten Zements aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschickungsmaterial der Schmelze an der Oberfläche der Schmelze zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschickungsmaterial der Schmelze unterhalb der Oberfläche der Schmelze zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Beschickungsmaterialien im geschmolzenen Zustand vorliegt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie von wenigstens einem Plasmabogenbrenner erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Auskleidung festgestellt und die Temperatur der Auskleidung aufgrund der festgestellten Temperatur gesteuert und aufrechterhalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit, mit der das Beschickungsmaterial dem Ofen zugeführt wird, erhöht wird, wenn die Temperatur der Auskleidung einen vorgegebenen Wert überschreitet, und herabgesetzt wird, wenn die Temperatur unter einen vorgegebenen Wert sinkt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Auskleidung durch eine Wärmeaustauscheinrichtung eingestellt wird, wenn die Temperatur

einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß der elektrische spezifische Widerstand der Schmelze überwacht wird und , für den Fall, daß der spezifische Widerstand von einem vorgegebenen Wert abweicht, das Verhältnis der Beschickungsmaterialien neu eingestellt w um den vorgegebenen Wert des elektrischen spezifischen Widerstands wieder zu erreichen.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß kalziumcarbonathaltiges Beschickungsmaterial zugegeben, Kohlendioxid während der Erwärmung der Schmelze und des kaiziumcarbonathaltigen Beschickungsmaterials gebildet, das Kohlendioxid oberhalb der Schmelze gesammelt und das Kohlendioxid dein Plasmabogenbrenner als Wirbelgeneratorgas zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabogenbrenner mit Luft als Wirbelgeneratorgas beschickt wird und NO -Gase als Nebenprodukt gesammelt und einer Salpetersäure-Gewinnungsanlage zugeführt werden.
12. Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zement, wie Portland-Zement, dadurch gekennzeichnet, daß

- in einer Ausnehmung eine Schmelze gebildet wird;

- geeignete Beschickungsmaterialien der Schmelze in der Ausnehmung zugeführt werden, wobei die Beschickungsmaterialien Verbindungen enthalten, die für den gewünschten Zement geeignet dosiert sind;

- die Schmelze in der Ausnehmung ausreichend erwärmt wird, um die Beschickungsinateralien in eine η geschmolzenen Zustand überzuführen und sie in der Schmelze chemisch umzusetzen, wobei die Erwärmung mit mindestens einem Plasmabogenbrenner erfolgt;

- die Schmelze aus der Ausnehmung abgelassen wird, und

- die abgelassene Schmelze abgekühlt wird, um sie zu einer festen Substanz erstarren zu lassen, die die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften des gewünschten Zements aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschickungsmaterial· der Schmelze an der Oberfläche der Schmelze zugeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschickungsmaterial der Schmelze unterhalb der Oberfläche der Schmelze zugeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie durch eine Vielzahl von Plasmabogenbrennern erzeugt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische spezifische Widerstand der Schmelze überwacht und für den Fall, daß der spezifische Widerstand von einem vorgegebenen Wert abweicht, das Verhältnis der Beschickungsmaterialien eingestellt wird, um den vorgegebenen Wert des elektrischen spezifischen Widerstands wieder zu erreichen.
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein kalziumcarbonathaltiges Beschickungsmaterial zugeführt, Kohlendioxid während der Erwärmung der Schmelze und des kalziumcarbonathaltigen Beschickungsmaterials gebildet, das Kohlendioxid oberhalb der Schmelze gesammelt und das Kohlendioxid dem Plasmabogenbrenner als Wirbelgeneratorgas zugeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmabogenbrenner mit Luft als Wirbelgeneratorgas

beschickt werden und NO_- -Gase als Nebenprodukte gesammelt und einer Salpetersäure-Herstellungsanlage zugeführt werden .
19. Vorrichtung zur Herstellung von Zement, gekennzeichnet durch

- ein Gehäuse (18) mit Seitenwänden, das ein Gefäß bildet;

- eine Auskleidung (16), die in dem Gehäuse angeordnet ist und eine oben offene Ausnehmung zur Aufnahme einer Schmelze (14) aufweist, wobei die Seitenwände der Ausnehmung von den Seitenwänden des Gehäuses (18) durch die Auskleidung (16) getrennt sind und die Auskleidung (16) aus einem Material gebildet ist, das im wesentlichen die gleiche chemische Zusammensetzung wie der Zement aufweist/ der mit dem Ofen hergestellt wird, und

- eine Heizeinrichtung zur Bildung einer Schmelze

(14) und zur Zufuhr einer ausreichenden Wärmemenge zu der Schmelze (14). um den geschmolzenen Zustand der Schmelze aufrechtzuerhalten.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (16) unterhalb dem Niveau der Schmelze direkt an das Gehäuse /18) angrenzt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (16) entlang der Ausnehmung in einem plastischen Zustand vorliegt und entlang dem Gehäuse

(18) einen erstarrten Zustand einnimmt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeidnet, daß die Auskleidung (16) ein Ofenloch (50) besitzt, das sich von der Ausnehmung zu dem Gehäuse (18) erstreckt, so daß die Schmelze (14) aus der Ausnehmung

-6-abgelassen werden kann.
23. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizeinrichtung aus wenigstens einem Plasmabogenbrenner (40) besteht.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daü eine Einrichtung (30) vorgesehen ist, mit der Materialien in die Schmelze (14) unterhalb der Oberfläche der Schmelze zugeführt werden.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) zur Zufuhr des Beschickungsmaterials unter .die Oberfläche der Schmelze (14) ein Gehäuse, einen Schieber (32) in dem Gehäuse, eine Einrichtung (26) zur Zufuhr des Beschickungsmaterials zu dem Schieber (32) und eine Einrichtung (34) zur Betätigung des Schiebers (32) aufweist, um das Beschickungsmaterial der Schmelze (14) unterhalb der Oberfläche der Schmelze zuzuführen.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (32) wesentlich kleiner als das Gehäuse ist und eine Abstreifeinrichtung (36) in dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei der Schieber (32) durch die Abstreifvorrichtung (36) hindurchtritt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse wassergekühlt ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auskleidung (16) eine Temperaturmeßein-

richtung (15) vorgesehen ist/ wobei die Meßeinrichtung so ausgebildet und angeordnet ist, daß die Temperatur der Auskleidung (16) automatisch erhöht oder erniedrigt wird, wenn sie von einem vorgegebenen Temperaturbereich abweicht.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (15) automatisch zu einer Erhöhung;· des Beschickungsmaterials führt, wenn die Temperatur den vorgegebenen Bereich überschreitet.und zu einer Abnahme des Beschickungsmaterials, wenn die Temperatur unterhalb den vorgegebenen Bereich sinkt.
31. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Messung des elektrischen [ spezifischen Widerstandes der Schmelze (14) vorgesehen j ist, wobei die Einrichtung automatisch das Verhältnis j der Beschickungsmaterialien zu der Schmelze einstellt, ;

i um Änderungen des elektrischen spezifischen Widerstands

auszugleichen.
32. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Plasmabogenbrenner (40) bewegbar in den Wänden der Vorrichtung angeordnet sind.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ofenlöcher (50> zur Entnahme der Schmelze vorgesehen sind.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenlöcher (50) im wesentlichen gegenüber den Plasmabogenbrennern (40) angeordnet sind.
35. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Sammeln des von der Vorrichtung abgegebenen Gases vorgesehen ist, ferner eine Einrichtung zur Zufuhr des Gases zu dem Plasmabogenbrenner (40).
36. Vorrichtung zur Herstellung von hydraulischem Zement, wie Portland-Zement, gekennzeichnet durch

- ein Gehäuse (18), dessen Seitenwände ein Gefäß bilden;

- eine Auskleidung (16), die in dem Gehäuse (18) angeordnet ist und eine oben offene Ausnehmung zur Aufnahme einer Schmelze (14) aufweist; und

- eine Heizeinrichtung zur Erzeugung einer Schmelze

(14) in der Ausnehmung und zur Wärmezufuhr, um die Schmelze im geschmolzenen Zustand zu halten, wobei die Heizeinrichtung wenigstens einen Plasmabogenbrenner (40) aufweist.