Herstellung von Zementklinker
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- Fritz Bach
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1 Herstellung von Zementklinker
2 Was wird in einem Zementdrehofen hergestellt? Klinker = besteht aus C 3 S, C 2 S, C 3 A und C 4 AF Zement = hydraulischer Binder, der an der Luft und unter Wasser erhärtet. Klinker und Zuschlagstoffe (Gips, Puzzolan, Flugasche, granulierte Hochofenschlacke...) werden gemeinsam zu Zement vermahlen. Ausser Portlandzement (OPC, Grauzement) gibt es Weisszement, Aluminatzement, Sulfatzement, Sorelzement... Beton = Mischung aus Zuschlagstoffen, Zement und Wasser.
3 Kalkstein + Ton Rohstoffe Gips Klinker Hochofenschlacke Zwischenprodukte Zement Endprodukt
4 Schema der Zementherstellung preparation dedusting Quarrying Raw material Clinker/cement Flue gas burning Cement mill Silos dispatching Coal mill
5 Die Anfänge... Lafarge, Le Teil 1899
6 ... Der erste Zementdrehrohrofen: Ø x 20-25m, 40 tato Englisches Patent vom 2.Mai 1885: Improvements in Manufacturing Cements..., von Frederick Ransome
7 Tudela Veguin, La Robla, Spanien Vorcalcinierofen, Ø 4,2 x 60m, 3100 tato, Inbetriebnahme 2004
8 Kosten einer Neuanlage (1.5m t/a) (Alsop 2005, USDm) Equipamiento 63 Equipamiento de cantera 3 Molienda de la materia prima y mezcla 13 Horno, precalentador y enfriador 18 Molienda de carbón y almacenamiento 5 Almacenamiento de clinker 3 Molienda de cemento 9 Almacenamiento de cemento y embalaje 3 Equipamiento electrico y de control 9 Ingenieria, construcción, gestion de montaje, transporte, entrega 19 Obra civil, construcción 38 Financiación 18 Repuestos 4 Imprevistos (5%) 7 150
9 Elektrischer Verbrauch eines Zementwerkes (Alsop 2005) KWh/t % Extracción y premezcla 6 5 Molienda de crudo Mezcla 7 6 Cocción y enfriamiento Molienda de cemento Transporte, embalaje y carga 6 5 Total 116
10 Energiebedarf eines Zementwerkes (Ritzmann 1994) Kcal/kg clinker % Calor entrante 741 Combustible Calor sensible 9 1 Calor saliente 741 Clinkerización Gas del precalentador Gas del enfriador Radiación, convección 51 7 Resto 11 1
11 Reaktionen während des Klinkerbrandes (Taylor 1990) Wärmetauscher Drehofen Kühler Temperatur C
12 Chemische Zusammensetzung des Klinkers, I C H E M I C A L A N A L Y S E S PARAMETERS COMPOSITION l w day SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO CaO MgO K2O SO3 L Ph LOI fcao LSF SR AR C3S C2S C3A C4AF C3S C2S % <8% % % corr <3% % <1% % % <2,5% <10 corr 1 21,92 5,75 3,18 66,1 62,2 1,49 0,42 0, ,5 3,21 94,1 2,45 1,81 59,1 18,3 9,9 9, , ,33 5,63 3,11 66,3 63 1,54 0,17 0,66 26,3 0,4 2,82 93,1 2,55 1,81 57,9 20,4 9,7 9, ,2 3 22,43 5,65 3,13 66,5 64,2 1,56 0,15 0,67 26,4 0,4 1, ,55 1,81 57,8 20,7 9,7 9, , ,13 5,64 3,17 66,1 63,1 1,51 0,52 0,65 26,7 0,4 2,47 93,4 2,51 1,78 58,2 19,6 9,6 9, ,2 5 22,24 5,66 3,11 65,9 63,4 1,46 0,58 0,68 26,7 0,3 2,11 92,9 2,54 1,82 56,9 20,9 9,7 9, , ,31 5,6 3,05 65,7 63,2 1,52 0,7 0,86 26,7 0,4 1,99 92,4 2,58 1,84 55,8 21,9 9,7 9, , ,46 5,69 3,1 65,8 63,3 1,47 0,64 0,7 26,9 0,4 1,93 91,8 2,56 1,84 54,3 23,4 9,8 9, , ,27 5,67 3,11 65,8 63,9 1,49 0,52 0,52 26,5 0,4 1,48 92,6 2,54 1,82 56,1 21,5 9,8 9, , ,5 5,69 3,11 65,8 64,1 1,47 0,62 0,36 26,5 0,3 1,39 91,7 2,56 1,83 54,2 23,7 9,8 9, , ,15 5,55 3,09 65,7 63,2 1,48 0,65 0,66 26,4 0,3 2,06 93,1 2,56 1,8 57,3 20,3 9,5 9, , ,35 5,51 3, ,47 0,57 0,56 26,2 0,4 2,47 92,8 2,59 1,76 57,3 20,9 9,3 9, , ,6 5,46 3,18 66,1 65,5 1,5 0,49 0,67 26,2 0,4 92 2,62 1,72 55,8 22,7 9,1 9, , ,07 5,6 3,27 66,2 65,8 1,43 0,4 0,37 26,4 0,4 93,9 2,49 1,71 59,4 18,5 9,3 9, , ,99 5,63 3,25 65,9 62,6 1,41 0,66 0,6 26,9 0,6 2,52 93,7 2,48 1,73 58,7 18,8 9,4 9, , ,17 5,66 3,07 65,6 61 1,37 0,84 0, ,4 4,12 92,7 2,54 1, ,4 9,8 9, , ,67 5,57 3,15 65,7 65,1 1,41 0,73 0,67 26,6 0,5 94,9 2,49 1,77 60,9 16,2 9,4 9, , ,33 5,69 3,36 65,8 62,5 1,44 0,71 0,7 27,5 0,6 2,58 92,1 2,47 1, ,5 9,4 10, , ,4 5,63 3,18 66,1 63 1,43 0,55 0,5 26,5 0,5 2,41 92,6 2,54 1,77 56,5 21,7 9,5 9, , ,07 5,7 3,45 66,1 63,3 1,45 0,38 0,49 27,2 0,4 2,25 93,4 2,41 1, ,6 9,3 10, , ,44 5,34 3,17 66,1 62,3 1,47 0,72 0,79 26,1 0,6 3,03 96,7 2,52 1,68 65,8 11,9 8,8 9, , ,63 5,36 3,21 65,9 61,7 1,45 0,57 0, ,6 3,48 91,8 2,64 1,67 55,7 22,9 8,8 9, ,14 n mean 22,15 5,58 3,16 65,9 63,3 1,46 0,59 0,68 26,59 0,5 2,32 93,3 2,53 1,76 57,9 19,9 9,4 9, ,17 min 21,44 5,34 2,98 65,5 61 1,37 0,15 0,36 25,94 0,3 1,15 91,7 2,41 1,65 54,2 11,9 8,8 9, ,12 max 22,63 5,75 3,45 66,5 65,8 1,56 0,84 1,01 27,48 2 4,12 96,7 2,64 1,84 65,8 23,7 9,9 10, ,24
13 Chemische Zusammensetzung des Klinkers, II day LOI SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O LSF SR AR fcao g/l L Ph 1400 C April 10 0,28 19,95 5,77 2,63 66,9 1,22 1,54 0,4 0, ,38 2,19 0, ,7 April 11 0,3 19,95 5,84 2,61 66,6 1,23 1,68 0,4 0, ,36 2,24 0, ,9 April 12 0,28 20,04 5,89 2,65 66,7 1,25 1,49 0,4 0, ,35 2,22 0, ,2 April 13 0,31 20,1 5,87 2,64 66,6 1,26 1,48 0,4 0, ,36 2,22 0, ,1 April 14 0,19 20,08 5,95 2,63 66,8 1,26 1,42 0,4 0, ,34 2,26 0, ,3 April 15 0,21 20,13 5,92 2,67 66,8 1,22 1,39 0,3 0, ,34 2,22 0, ,1 April 16 0,35 19,97 5,91 2, ,2 1,3 0,3 0, ,33 2,23 0, April 17 0,3 20,07 5,84 2,63 66,9 1,17 1,49 0,3 0, ,37 2,22 0, ,7 April 18 0,38 20,11 5,89 2,67 66,7 1,22 1,39 0,3 0, ,35 2,21 0, April 19 0,26 20,06 5,82 2,73 66,8 1,22 1,41 0,3 0, ,35 2,14 0, April 20 0,35 20,03 5,88 2,69 66,7 1,19 1,49 0,3 0, ,34 2,19 0, April 21 0,25 20,14 5,88 2,7 66,8 1,23 1,39 0,2 0, ,35 2,18 0, April 22 0,25 20,16 5,89 2, ,29 1,28 0,3 0, ,35 2,2 0, ,1 April 23 0,3 20,1 5,83 2,65 66,9 1,24 1,42 0,3 0, ,37 2,2 0, ,7 April 24 0,27 20,1 5,84 2,64 66,9 1,22 1,52 0,3 0, ,37 2,21 0, ,7 April 25 0,29 20,13 5,9 2,65 66,8 1,24 1,41 0,3 0, ,35 2,22 0, April 26 0,43 20,14 5,88 2,63 66,8 1,23 1,38 0,3 0, ,37 2,24 0, ,8 April 27 0,6 20,13 5,9 2,63 66,9 1,15 1,39 0,2 0, ,36 2,24 0, ,8 mean 0,31 20,08 5,87 2,65 66,8 1,22 1,44 0,3 0, ,36 2,21 0, ,9
14 Charakteristika eines OPC-Klinkers Kalkstandard (KSt): beschreibt, wieviel CaO von den Klinkerphasen gebunden werden kann KSt = CaO/(2.8SiO Al Fe 2 ) Typischer Bereich: Silikatmodul (SM): beschreibt die Menge der Silikatphasen und der Klinkerschmelze Typischer Bereich : SM = SiO 2 /(Al 2 + Fe 2 ) Tonerdemodul (TM): beschreibt Verhältnis zwischen Aluiminat- und Ferritphasen Typischer Bereich TM = Al 2 / Fe 2
15 Charakteristika eines OPC-Klinkers Freikalk: das ungebundene CaO, das analytisch bestimmt wird Litergewicht (g/l): Raumgewicht des Klinkers (Korngröße >5 mm). Indikator für Brennbedingungen. Typischer Bereich g/l Schmelzphasenmenge in der zentralen Sinterzone (Lea & Parker 1935): 1338 C (Al 2 /Fe 2 > 1.38): 6.10Fe 2 + MgO* + K 2 O + Na 2 O 1338 C (Al 2 /Fe 2 < 1.38): 8.20Al Fe 2 + MgO* + K 2 O + Na 2 O 1450 C: Typischer Bereich bei 1450 C: 24 28% MgO* max 2.0% 3.00Al Fe 2 + MgO* + K 2 O + Na 2 O
16 Freikalk (fcao) und Litergewicht (kg/l) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 kg/l fcao Kiln stop and burner repair 29 31
17 Klinkerphasen C 3 S 3CaO.SiO 2, Tricalciumsilikat, Alita: Hauptkomponente. Muss rasch abgekühlt werden, ansonsten Zerfall in C 2 S + CaO. Erhöhte Anfangs- und Endfestigkeit, erhöhte Hydratationswärme. C 2 S 2CaO.SiO 2, Dicalciumsilikat, Belita: Nebenkomponente. Muss rasch abgekühlt werden, ansonsten Modifikationswechsel (γ, dusting ). Niedrige Anfangsfestigkeit, erhöhte Endfestigkeit, niedrige Hydratationswärme. C 3 A 3CaO.Al 2, Tricalciumaluminat: Nebenkomponente. Erhöhte Anfangsfestigkeit, erhöhte Hydratationswärme, niedrige Endfestigkeit. C 4 AF 4CaO.Al 2.Fe 2, Ferrit: Nebenkomponente. Hydraulisch nicht aktiv.
18 Phasensystem C-S-A-F-M Komponenten Eutektikum C C 3 S + C 2 S 2050 C 3 S + C 2 S + C 3 A 1455 C 3 S + C 2 S + C 3 A + C 4 AF 1341 C 3 S + C 2 S + C 3 A + C 4 AF + MgO 1301 (Taylor 1990)
19 Klinkermikroskopie RHI Technology Centre Leoben, Austria
20 Inhomogener Klinker mit Freikalk- und Belitnestern 2 Homogener, reaktiver Klinker Alit (1), Belit (2), Freikalk (3), Präparationsharz (4). Anschliff, geätzt mit Essigsäuredampf 1 3 RHI Technology Centre Leoben, Austria
21 Klinkermikroskopie aluminate ferrite belite Alit 71.5 % CaO, 25.6 % SiO 2, 1.0 % Al 2, 0.7 % Fe 2, 1.2 % MgO Belit 63.6 % CaO, 33.3 % SiO 2, 1.2 % Al 2, 0.8 % Fe 2, 0.4% MgO, 0.4 % K 2 O, 0.3 % S Ferrit 50.1 % CaO, 5.2 % SiO 2, 18.5 % Al 2, 21.1 % Fe 2, 3.5 % MgO, 1.3 % TiO 2, 0.3% MnO alite Aluminat 55.3 % CaO, 7.9 % SiO 2, 22.8 % Al 2, 4.6 % Fe 2, 9.0 % MgO, 0.4 % K 2 O RHI Technology Centre Leoben, Austria
22 Vertikalmühle mit Separator Materialaufgabe mm und 3-8% Feuchte Kapazität <550 t/h
23 Montage einer Rohmehlmühle
24 Rohmehl, Korngrößenverteilung Raw mill dust % pass % Durchgang µm equivalent particle diameter Equivalenter Partikeldurchmesser 10 1
25 Schema einer Zementdreofenanlage
26 Zyklonabscheider, Blick nach oben
27 Drehrohr und Laufring
28 Überwachung der Ofenmanteltemperaturen mittels Infrarotkameras Plant A
29 Erneuerung der feuerfesten Ausmauerung
30 Klinkerprobe zur Bestimmung von Freikalk und Litergewicht
31 Drehofenbrenner
32 Schwerölflamme
33 Feste Brennstoffe: Heizwert vs Flüchtige volatiles % bituminous lignite antracite Qnet MJ/kg coals petcoke
34 Brennstoffe in der Zementindustrie Fuel Heat Value kcal/kg S Cl P2O5 Conventional Natural Gas Coal Petcoke 8130 <7 0,01 Fuel Oil ,7 0,06 Alternative Tyres ,7 0,1 Fluff ,8 1,2 Dried Sewage Sludge ,5-1,4 0,05-0,20 <10 Bone and Animal Meal ,4 0,6 <5 Scrap Wood 3125 Solvents ,7 0,2 Plastic 5048 Used Oil ,6 0,2 Srap Paper and Cellulose 4087 Scrap Textiles 5048 Impregnated Sawdust ,3 0,2
35 Alternativbrennstoffe: SRF (solid recovered fuel) Aufbereiteter und zerkleinerter SRF: Heizwert 25 MJ/kg, Cl < 0.7% Vorselektierter SRF
36 Getrockneter Klärschlamm
37 Vorsortierung von Altreifen
38 Aufgabe von Altreifen System Beumer, installiert bei Salonit Anhovo, Slowenien
39 Schalen von Palma africana
40 Rostkühler Tertiärluft Staubabsetzkammer Sekundärluft Kühlerabluft Transport zum Klinkersilo System PYROSTEP (KHD Humboldt Wedag)
41 Heissteil des POLYTRACK -Kühlers
42 Klinkereinlauf nach einem Jahr Betrieb
43 Zementverbrauch (in kg) und Bruttoeinkommen (in USD) Aus J. KELLAM, Global Cement Magazine, February 2008
Zement. Zementbegriff. Klassifikation von Zement. Zementbegriff. Literatur. Zement ist ein fein gemahlenes, hydraulisches Bindemittel
Literatur Zement Gani M.S.J. (1997): Cement and Concrete. - 41.0.Fü Knoblauch H., Schneider U. (2006): Bauchemie, 6. Aufl. - 11.Fü dler I. (2000): Special Inorganic Cements. - 12.0.Fü Taylor H.F.W. (1997):
! Tricalciumsilikat C3S ist die für Portlandzement
10 Zement 10.1 Geschichtliches Das erste hydraulische, d.h. mit und unter Wasser erhärtende Bindemittel wurde von den Römern erfunden (Opus caementitium) und in großem Umfang für ihre Wasserbauten genutzt.
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