Drehofen

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Funktionsprinzip eines Drehofens
Zementwerk mit Zyklonvorwärmer (links), Tertiärluftleitung und Drehofen
Herstellung von Zement (Trockenverfahren)

Im Rahmen der Zementherstellung dient der Drehofen als Brennofen für die Herstellung von Zementklinker.

Weniger als 10 % der Klinkerproduktion in Deutschland erfolgt heute nach dem Halbtrockenverfahren, bei dem das Rohmaterial in Form von Pellets in einem Rostvorwärmer erhitzt wird, bevor es im Drehrohr zu Zementklinker gebrannt wird (Lepolöfen).
Das Nassverfahren, bei dem das Rohmaterial dem Ofen als Schlamm mit über 30 M.-% Wasseranteil aufgegeben wird, ist bereits während der 1960er und 1970er Jahre aufgegeben worden.
Etwa 1 % der Zementklinkerproduktion in Deutschland entfällt auf Schachtöfen, die aber in der Erzeugung gebrannter Kalkprodukte dominieren.
Neue Ofenanlagen für Zementwerke werden heute im Normalfall mit Zyklonvorwärmeröfen mit Calcinator, Tertiärluftleitung und Rostkühler gebaut.

Die Zyklonvorwärmer bestehen aus vier bis sechs Zyklon- oder Wirbelkammerstufen, die in bis zu 120 m hohen Türmen übereinander angeordnet sind und vom Abgas des eigentlichen Ofens von unten nach oben durchströmt werden. Das Rohmehl wird in der obersten Stufe zugegeben und im entgegenströmenden Abgas schwebend auf die Gastemperatur erhitzt. Im Zyklon wird es vom Gas getrennt und in die darunter liegende Stufe abgeschieden. Der Vorgang wiederholt sich in jeder Stufe bei jeweils höheren Temperaturen, wobei der im Rohmehl enthaltene Kalkstein (Calciumcarbonat CaCO3) teilweise entsäuert wird (Austreibung des Kohlendioxid CO2, Entstehen des Calciumoxids CaO). Das Abgas verlässt den Vorwärmer mit einer Temperatur von 280 °C bis 350 °C.

Bei der Vorcalcinierung reißt das aus dem Drehofen aufströmende Heißgas das aus der zweituntersten Zyklonstufe austretende Heißmehl mit und führt es in den Calcinator, der zwischen Zyklonvorwärmer und Drehofen angeordnet ist. Das Ofenabgas wird schlagartig von etwa 1100 °C bis 1200 °C auf die Entsäuerungstemperatur von etwa 830 °C abgekühlt. Um die dabei stattfindende Entsäuerung des Heißmehls (Austreiben des Kohlendioxid CO2, Entstehen des Calciumoxids CaO) aufrecht zu halten, werden im Calcinator Brennstoffe zugegeben. Die für die Feuerung erforderliche Verbrennungsluft wird entweder durch den Drehofen oder - heute üblich - in der Tertiärluftleitung vom Klinkerkühler zum Calcinator geleitet. Nach dem Durchlauf des Calcinators gelangt das Material in die unterste Zyklonstufe und von dort in das Drehrohr der Ofenanlage.

Drehöfen sind feuerfest ausgemauerte Rohre mit Durchmessern bis etwa 6 m, die sich mit 1,3 bis 3,5 Umdrehungen in der Minute drehen. Durch die Drehbewegung und die Neigung der Ofenachse von 3º bis 4º wird das Brenngut vom Ofeneinlauf in Richtung des am Ofenauslauf installierten Brenners bewegt. In der Sinterzone erreicht das Brenngut bei einer Verweildauer von 10 min bis 20 min Temperaturen von etwa 1450 °C und beginnt teilweise zu schmelzen (Sinterung). Aus den Ausgangsstoffen bilden sich dabei die so genannten Klinkerphasen. Das sind Calciumsilicate und Calciumaluminate, die dem Zement seine charakteristischen Eigenschaften bei der hydraulischen Erhärtung geben. Die heutigen Öfen mit Zyklon- bzw. Rostvorwärmer verfügen über ein Länge/Durchmesser-Verhältnis von 10 bis 17.

An den Ofenauslauf schließt sich ein Klinkerkühler (Rostkühler, seltener Satelliten- oder Planetenkühler und Rohrkühler) an. Nach der Kühlung hat der Klinker eine Temperatur von 80 °C bis 200 °C.

Die Verweildauer des Brennguts in der gesamten Ofenanlage bewegt sich zwischen etwa 1,5 h und 5 h. Davon entfallen auf:

  • einen Zyklonvorwärmer je Stufe im Durchschnitt 0,8 s bis 5 s,
  • auf den Rostvorwärmer etwa 20 min bis 40 min,
  • auf den Drehofen je nach Länge etwa 30 min bis 4 h,
  • auf den Rost-, Satelliten- oder Rohrkühler 30 min bis 45 min.

Siehe auch

Literatur