DE2302009C3 - Verfahren zur Herstellung von Portlandzementklinker - Google Patents

Description

men mit Zementofenstaub, in die den Drehrohrofeu beheizende Flamme zu zerstäuben. Dabei wird die Schlacke geschmolzen, wobei die Schmelzteilchen beträchtliche Wärmemengen von der Flamme auf den Ofeninhalt übertragen. S

Bei allen vorgenannten Verfahrensweisen mußten sämtliche in den Ofen eingeführte Rohstoffe fein vermählen werden, was verhältnismäßig hohe Mahlkosten mit sich bringt.

Es ist im Schrifttum vor sehr langer Zeit einmal angegeben worden (DT-PS 82 210 aus dem Jahre 1895), unvermahlene Hochofenschlacke in ein Ofengut einzuarbeiten. Es wird dort vorgeschlagen, ein Ofengut aus den üblichen Rohstoffen in Pulverform und der üblichen Zusammensetzung zusammenzustellen und diesem außerdem eine Menge unvermahlenen Schlackensand aus Hochofenschlacke zuzugeben, die Mischung dann zu sintern und anschließend erkalten zu lassen, damit nicht der übliche harte Zementklinker, sondern eine mürbe, leicht zu zerkleinende ao Masse erhalten wird. Diese Patentschrift bezieht sich auf das Produkt der damals üblichen Schacht- und Ringöfen. Das erfindungsgemäß z. B. in einem Drehrohrofen erhaltene Produkt ist infolge der Verwendung unvermahlener Hochofenschlacke in dem Rohstoffgemisch nicht mürbe. Nach heutigen Erkenntnissen ist die Mürbe des Zementklinkers nach obiger Patentschrift nicht den Eigenschaften oder der Form der Hochofenschlacke, sondern einem erhöhten C₂S-Gehalt (2 CaO · SiO₂) und der langsamen Erkaltung des Zementklinkers zuzuschreiben, wodurch dieser infolge der Umsetzung von /9C₂S in yC₂S, verbunden mit Volumenvergrößerung, auseinanderfallen kann. Dieser erhöhte C,S-Gehalt hat jedoch eine Verringerung der hydraulischen Eigenschaften des Zementklinkers zur Folge.

Es ist auch bekannt (Aufsatz von F. Köberich »Über die Verfahren zur Herstellung von Gipsschlakkenzement und neue EntwicklungsmÖgliciikehen« in der Zeitschrift Zement-Kalk-Gips, 1949, S. 109 bis 113, besonders S. 109, rechte Spalte, Absatz 3, und S. 112, rechte Spalte, Absätze 4 und S), bei der Herstellung von Gipsschlackenzement mit festem Zusatz von Portlandzementklinker in Höhe von 5 °/o zur Verhinderung einer Abbindereaktion während des Vermahlens den Gips teilweise zu entwässern und ein getrenntes Mahl verfahren anzuwenden, mit der Maßgabe, daß der Gips wesertlich feiner gemahlen wird als die Schlacke. Ferner ist dort angegeben, daß kalkreiche Schlacke bereits bei grober Vermahlung von 3,2°/o auf dem 4900-Maschemieb, d.h. >0,09mm, eine außerordentlich hohe Anfangs-Druckfestigkeit von Gipsschlackenzement mit ebenfalls nur einigen Prozenten übei 18⁰OAl₂O₁, ergibt. 'Dort handelt es sich somit um ein Verfahren zur Herstellung von Gipsschlackenzement, bei dem Hochofenschlacke mit Gips und wenig Klinker vermischt, das Gemisch jedoch nicht gebrannt wird, d. h. um eine ganz andere Arbeitsweise und ein ganz anderes Erzeugnis als bei der Herstellung von Portlandzement bzw. Portlandzementklinker. Ferner wird dort auch die Schlacke auf eine Korngröße gemahlen, bei der bei Kontakt mit Wasser und Gips Abbinden stattfindet, da sonst ja kein Gipsschlackenzement vorliegen würde. Eine Naßverarbeitung ist im Hinblick auf die Abbindezeiten von Gipsschlackenzement niclit möglich. Bei Verwendung von Anhydrit wird mit getrennter Mahlung der Anhydrit etwas gröber als die Schlacke gemahlen. Die Abbindezeit des Gipsschlackenzementes wird nicht durch Wahl der Schlackenkorngröße, sondern durch Wahl der Anhydritkorngröße geregelt. Die Schlacke wird in allen Fällen so fein gemahlen, daß nicht mehr als eine sehr geringe Menge, z. B. nicht mehr als etwa 3 %>, eine Korngröße über 90 Mikron aufweist. Derartige Arbeitsweisen kommen erfindungsgemäß nicht in Betracht, und eine handwerkliche Übertragung auf die Herstellung von Portlandzementklinker ist weder möglich noch erfolgreich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zur Herstellung von Portlandzementklinker zu schaffen, das nicht die vorstehend erläuterten und ähnliche Mangel der bekannten Arbeitsweisen aufweist, eine einwandfreie Verarbeitung von Hochofenschlacke ermöglicht, den Einsatz von Hochofenschlacke auch bei Naßverarbeitung der Rohstoffe gestattet und Einsparungen bei der Bereitung des Ofengutes mit sich bringt

Gegenstand der Erfindung ist hierzu ein Verfahren zur Herstellung von Portlandzementklinker aus einem die übliche Bruttozusammensetzung der Ausgangsverbindungen ergebenden Rohstoffgemisch, welches unter anderem Kalk und/oder einen Kalkbildner und Hochofenschlacke enthält, du*"ch Zerkleinem und Mischen der Rohstoffe und Brenr-en des Rohstoffgemisrhes bei wenigstens 1350° C, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Hochofenschlacke erst nach dem Zerkleinern der übrigen Mischungsbestandteile als Schlackensand mit einer mittleren Korngröße von wenigstens 0,2 mm zumischt.

Überraschenderweise wird bei dem Verfahren der Erfindung die Hochofenschlacke trotz der recht groben Korngröße des Schlackensandes beim Brennen leicht und vollständig umgesetzt und ein ausgezeichneter Klinker erhalten, der dem üblichen in keiner Hinsicht nachsteht.

Dabei kann die Hochofenschlacke in Form des unvermahlenen Schlackensandes auch naß verarbeitet werden, indem sie in einen Brei der feingemahlenen übrigen Rohstoffe eingemischt wird, ohne daß ein Abbinden zu befürchten ist. Es tritt keine vorzeitige hydraulische Erhärtung oder Klumpenbildung ein, in eindeutigem Gegensatz zu diesen die Naßverarbeitung ausschließenden Vorgängen beim Vermischen feingemahlener Hochofenschlacke mit einem Feinbrei.

Der Einsatz der Hochofenschlacke als Schlackensand mit einer mittleren Korngröße von wenigstens 0,2 mm bringt ferner eine beträchtliche Einsparung an betrieblichem Aufwand und Kosten für die Mahlung der Rohstoffe mit sich.

Die Anwendung von Hochofenschlacke als Rohstoff für die Klinkererzeugung ist zusätzlich mit einer Energieeinsparung beim Brennen verbunden, da Hochofenschlacke bereits eine beträchtliche Menge an CaO enthält und somit das bei etlichen anderen Rohstoffen erforderliche, Wärme und damit Brennstoff kostende Brennen von CaO₁ zu CaO für den durch die Hochofenschlacke zugebrachten CaO-Anteil, der an SiO₂ und/oder Al₂O₃ gebunden ist, entfällt.

IEs wird Schlackensand mit einer mittleren Korngröße von wenigstens 0,2 mm und gewöhnlich über 0,5 mm verwendet. Der Schlackensand kann naß oder trocken mit den übrigen Rohstoffen vermischt werden, wobei letztere beim Naßverfahren in Form eines

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Feinbreis und beim Trockenverfahren in Form eines FCjO₃, 66,9 V. CaO, 1,3·/» MgO (Rest 1,3Vo). Das Mehls bereitet werden. Der Schlackensand kann auch Gemisch hatte folgende Körnungen:

gesondert in den Drehrohrofen eingeführt und erst -> ₂oo Mikron 2Ve

darin mit den übrigen Rohstoffen vermischt werden. ~>. ^q M₁^_10n 25 Vo

Die Reaktionen verlaufen in allen lallen praktisch in 5 -> ^ Mikron ··· 40Vo

der gleichen Weise. _{> 32}Mikian\^Y.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'..'. 50·/·

Als Ausgangsmatenalien für die Herstellung des

Portlandzementklinkers können gewünschtenfalls nur Dieses Gemisch wurde in noch nassem Zustand in

der Hochofenschlackensand zusammen mit Zuschlag- einen Drehrohrofen eingebracht und dort während stoffen, wie Kalkstein und Pyritasche, um den ge- ίο einer Verweilzeit von etwa 150 Minuten bei einer wünschten Gehalt an CaO und gegebenenfalls Fe₂O₃ Maximaltemperatur von etwa 1450° C gebrannt. Dacinzustellen, verwendet werden. Man kann jedoch da- bei wurde ein Klinker erhalten, der nach üblicher neben auch beliebige Mengen üblicher anderer Roh- Vermahlung einen ausgezeichneten Portlandzement stoffe einseO.en, wie gemahlenen Schiefer, Ton, Mer- ergab.

gel und Gips unter Bildung eines Gemisches der ge- 15 Für das Beispiel des Verfahrens der Erfindung wünschten Gesamtzusammensetrang, so daß das Ge- wurde in derselben Weise ein Feinbrei hergestellt, inmisch von Hochofenschlackensand und Kalkbildner dem Kalkstein, der SiO₂-Kunststein und Pyritasche nur einen Teil des Ofengutes ausmacht. Es ist klar, in dem gewünschten Verhältnis in Wasser vermählen daß die erläuterten, erfindungsgeiriß erzielten Vor- wurden. Dieser Feinbrei hatte dieselben Körnungen teile um so größer sind, je mehr Hochofenschlacken- ao wie der des Vergleichsversuchs. Die chemische Zusand eingesetzt wird. Vorzugsweise werden daher sammensetzung, bezogen auf glühverlustfreies Matewenigstens 2 Gewichtsprozent und besonders bevor- rial, betrug: 17,3VoSiO,, 2,3Vo Al₂O₃, 3,1VoFe₂O₃, zugt wenigstens 5 Gewichtsprozent Hochofenschlacke, 75,5·/· CaO, 1,3 Vo MgO" (Rest 0,5 Vo).
bezogen auf den Trockenstoff des Brennofengutes, Diesem Feinbrei wurden 40 Gewichtsteile Hocheingesetzt. Schon bei diesen verhältnismäßig kleinen as ofenschlackensand, bezogen auf glühverlustfreies Ge-Mengen sind die Vorteile deutlich. misch, zugegeben. Die chemische Zusammensetzung

Der erfindungsgemäß erhaltene Klinker unterschei- des Schlackensandes betrug: 34,3VoSiO₂, 12,8Vo det sich hinsichtlich Zusammensetzung und Eigen- Al₂O₃, 2,2VoFe₂O₃, 41,8VoCaO, 5,8VoMgO (Rest schäften kaum oder nicht von üblichem Portland- 3,1Vo). Die Körnungen des Schlackensandes waren zementklinker. Er kann genauso wie in bekannter 30 wie folgt:
Weise erhaltener Portlandzementklinker mit den ^. 2 4 mm 5Vo

üblichen Mengen Gips als Erstarrungsverzögerer zu "> 12 mm 30⁰O

Portlandzement vermählen werden. Ebenso kann er -^ qV 65Vo

durch Vermählen und Vermischen mit üblichen Zu- ^ q'j ^^ 95 Vo

satzstoffen zu den verschiedenen Zementarten verar- 35 '

beitet werden, z. B. zu Eisen-Portlandzement oder Die so gebildete Suspension zeigte beim Stehenlassen Hochofenzement durch trockene Vermahlung zusam- auch nach einigen Stunden keine Erscheinungen von men mit Gips und Hochofenschlacke, zu Traßzement hydraulischer Erhärtung und konnte in derselben oder zu Traßhochofenzement. Die erhaltenen Pro- Weise wie das Gemisch des Vergleichsversuchs in dukte sind in jeder Hinsicht den bekannten gleich- 40 demselben Drehrohrofen zu Portlandzementklinker wertig. gebrannt werden. Die Ofenverweilzeit betrug wieder

um etwa 150 Minuten und die Maximaltemperatur

Beispiel mit Vergleichsversuch gleichfalls etwa 1450° C. Auch im Ofen traten wäh

rend der Trocknung der naß aufgegebenen Masse

Für den Vergleichsversuch wurde ein Gemisch 45 keine Erscheinungen von hydraulischer Erhärtung hergestellt, indem Kalkstein, ein SiCj-Kunststein, Py- oder Klumpenbildung auf. Nach dem Brennen wurde ritasche und Schiefer in dem gewünschten Verhältnis ein ausgezeichneter Klinker erhalten, der nach übvermischt und in Wasser zu einem Feinschlamm ver- licher Vermahlung einen Portlandzement ergab, der mahlen wurden. Die chemische Zusammensetzung sich eigenschaftsmäßig nicht merklich von dem aus dieses Gemisches, bezogen auf glühverlustfreies Ma- 50 dem Gemisch des Vergleichsversuches erhaltenen terial, betrug: 22,4·/· SiO₁, 5,3VoAl₂O₃, 2,8% Portlandzement unterschied.

Claims (6)

Bekanntlich soll die Bruttozusammensetzung von Portlandzementklinker bezüglich der verschiedenen Patentansprüche: Komponenten etwa in den folgenden Grenzen liegen: 61 bis 69°/oCaO, 18 bis 24°/oSiOä, 4 bis 8% 5 AUO1-r TiO.,, 1 bis 8"VoFe2O3, geringe Mengen an

1. Verfahren zur Herstellung von Portland- anderen Oxyden. Die Eigenschaften des Endprodukzementklinker aus einem die übiuhe Brutiozu- tes sind verhältnismäßig unabhängig davon, aus welsammensetzung der Ausgangsverbindungen erge- chen Einsatzmaterialien diese Oxyde stammen, sofern benden Rohstoffgemisch, welches unter anderem beim Brennen die verschiedenen Komponenten so Kalk undoder einen Kalkbildner und Hochofen- io weitgehend wie möglich miteinander reagieren. Beschlacke enthält, durch Zerkleinern und Mischen sonders übliche Ausgangsmaterialien sind Calciumder Rohstoffe und Brennen des Rohstoffge- carbonat in Form von Kalkstein oder Mergel misches bei wenigstens 1350° C, dadurch ge- (CaCO₃ + Ton), Ton oder Schiefer, die SiO₂, Al₂O₃ kennzeichnet, daß man die Hochofen- und meistens etwas Fe₂O₃ enthalten, und eisenhaltige schlacke erst nach dem Zerkleinern der übrigen 15 Zuschlagstoffe, wie Pyritasche oder Eisenerz. Das Mischungsbestandteile als Schlackensand mit Calciumcarbonat wird beim Brennen zu CaO zersetzt, einer mittleren Korngröße von wenigstens 0,2 mm das mit den übrigen Anteilen unter Bildung des gezumischt. wünschten Tricalciumsilikats, Dicalciumsilikats, Tri-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- calciumaluminats und Calciumaluminatferrits reakennzeichnet, daß man durch Naßvermahlung αο giert.

zerkleinert und den Schlackensand dem Feinbrei Zur Förderung der Umsetzungen beim Brennen ist

der übrigen Rohstoffe zumischt. es üblich, die eingesetzten Rohstoffe zunächst naß

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch oder trocken fein zu vermählen, zweckmäßig so weit, gekennzeichnet, daß man die Vermischung des daß nicht über 10°/o des Rohstoff gemisches eine Schlackensandes mit den übrigen Rohstoffen erst as Korngröße über 200 Mikron haben. Häufig wird das in dem Brennofen vornimmt. gesamte in den Ofen einzuführende Gut z. B. auf eine

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 mittlere Korngröße unter 65 Mikron gemahlen. Man bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man wenig- hielt die Feinvermahlung des gesamten Ofengutes für stens 2 Gewichtsprozent Hochofenschlacke, bezo- notwendig, um eine möglichst gute Vermischung der gen auf den Trockenstoff des Brennofengutes, 3° Bestandteile zu erhalten und so eine vollständige Reeinsetzt, aktion im Ofen zu ermöglichen. Das gesamte Roh-

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Stoffgemisch wurde dann in Form des erhaltenen bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man wenig- Feinmehls oder Feinschlamms in den Sinterofen gestens 5 Gewichtsprozent Hochofenschlacke, be- geben.

zogen auf den Trockenstoff des Brennofengutes, 35 Es ist auch bekannt, als einen der Ausgangsroheinsetzt. stoffe für das Ofengut Hochofenschlacke einzusetzen.

6. Verwendung des Erzeugnisses nach dem Hochofenschlacke ist in der Regel als Schlackensand Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 für die mit einer Teilchengröße von höchstens 5 mm erhält-Herstellung von Portlandzement, Hochofen- lieh, die Zusammensetzung beträgt gewöhnlich 28 zement, Traßzement oder Traßhochofenzement. *° bis 38%. SiO₂, 9 bis 18%> AI₂O₃, 0 bis 3°/o Fe₂O₃ und

35 bis 48 Vo CaO. Hochofenschlacke enthält somit für die Herstellung von Portlandzementklinker zu wenig CaO und läßt sich nur dann einsetzen, wenn ——— CaO oder ein CaO-Bildner zugegeben wird.

45 Sofern bisher Hochofenschlacke in das Ofengut eingearbeitet wurde, geschah das nach Trockenvermahlung des Gemisches auf die für das Ofengut übliche kleine Teilchengröße. Eine Naßveirmahlung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- von Hochofenschlacke mit Kalk oder Kalkbildnern lung von Portlandzementklinker aus einem die 50 führt nämlich nicht zu brauchbaren Ergebnissen, weil übliche Bruttozusammensetzung der Ausgangsverbin- Hochofenschlacke latent-hydraulische Eigenschaften düngen ergebenden Rohstoffgemisch, welches unter besitzt. Sie reagiert mit Wasser in Anwesenheit eines anderem Kalk und/oder einen Kalkbildner und Hoch- Aktivators, wie Kalk, Gips oder Portlandzement. Ein ofenschlacke enthält, durch Zerkleinern und Mischen wasserhaltiges Gemisch aus gemahlener Hochofender Rohstoffe und Brennen des Rohstoffgemisches 55 schlacke mit Kalk oder Kalkbildnern härtet teilweise bei wenigstens 1350° C. oder ganz aus, so daß sich ein solches Gemisch nicht

Verfahren der vorstehend angegebenen Art sind in üblicher Weise aufarbeiten läßt, selbst dann nicht, allgemein bekannt und werden in großem Umfang wenn nur eine geringe Menge gemahlene Hochofendurchgeführt. Aus dem Zementklinker wird nach schlacke anwesend ist. Dies ist nicht nur wegen des Kühlung und Mahlung, letzteres häufig zusammen 60 vorzeitigen Abbindens und der dadurch bedingten mit einer geringen Menge Gips als Abbindeverzö- Schwierigkeiten bei der mechanischen Verarbeitung gerer, Portlandzement erhalten. Die Vermahlung wird nachteilig, sondern auch wegen des zusätzlichen auch zusammen mit Hochofenschlacke in einer Brennstoffverbrauchs, den die Entfernung des beim Menge bis zu 85°/o, bezogen auf die Summe von Abbinden gebundenen Wassers beim Brennen im Klinker und Schlacke, zur Erzeugung von Hochofen- 65 Ofen erfordert.

zement und/oder zusammen mit Traß zur Erzeugung Eine andere bekannte Methode, Hochofenschlacke

von Traßzement bzw. Traßhochofenzemeut durchge- in den Sinterofen einzuführen, besteht darin, die ^r::1—* staubfein gemahlene Schlacke, gegebenenfalls zusam-