Verfahrenstechnik

Die verfahrenstechnische Forschung ist vor allem darauf gerichtet, den Energieverbrauch und Arbeitskräfteeinsatz bei der Zementherstellung zu optimieren, die Qualität und Gleichmäßigkeit des Zements zu erhöhen und die Emissionen unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit zu verringern. Schwerpunkte der verfahrenstechnischen Forschung liegen im Bereich der thermischen und der mechanischen Forschung.

Der Einsatz von Sekundärbrennstoffen und dessen Auswirkung auf den Brennbetrieb und die Umwelt bildeten einen wesentlichen Schwerpunkt der Untersuchungen in den vergangenen Jahren. Der Anteil der Sekundärbrennstoffe am Gesamtenergiebedarf der deutschen Zementindustrie konnte mittlerweile auf über 50 % gesteigert werden. Dies bedeutet, dass viele Öfen mit hohen Substitutionsraten von z.T. über 60 % betrieben werden.

Seit der BSE-Krise im Jahr 2000 verfeuert die deutsche Zementindustrie auch Tiermehl. Das Forschungsinstitut hat die Auswirkungen des Tiermehleinsatzes auf die Produktqualität, den Ofenbetrieb und die Emissionen intensiv untersucht. Betriebstechnisch standen Auswirkungen auf Chlorkreisläufe und das Verhalten des Phosphats in der Ofenanlage im Vordergrund. Emissionsseitig waren vor allem mögliche Auswirkungen auf die NO_x-Emissionen von Interesse.

Ebenfalls im Zusammenhang mit dem Einsatz von Sekundärbrennstoffen stehen die Arbeiten eines VDZ-Arbeitskreises, der sich intensiv mit den Auswirkungen der Vorcalcinier-Technik und des Sekundärbrennstoffeinsatzes auf Verschleiß und Standfestigkeit feuerfester Materialien beschäftigt hat.

Die Bestrebungen, den Klinkerbrennprozess auch modelltechnisch abzubilden und Simulationsrechnungen zur Optimierung von Ofenanlagen bzw. zur Untersuchung wissenschaftlicher Fragestellungen zu nutzen, sind ebenfalls Gegenstand der Forschung. Das im Forschungsinstitut vorliegende Prozessmodell für den gesamten Klinkerbrennprozess wurde um die Elemente des äußeren Kreislaufs sowie um die Möglichkeit, auch das Verhalten von Chlor und Schwefel sowie Alkalikreisläufe zu simulieren, erweitert. Nach entsprechender Validierung mit experimentellen Ergebnissen steht das Modell nunmehr z.B. zur Auslegung oder Optimierung von Bypasssystemen zur Verfügung. Weiterhin wurde das Modell zur Untersuchung des Brennstoffenergeibedarfes und der Energieeffizienz von Drehofenanlagen der Zementindustrie eingesetzt.

Die Zementeigenschaften werden vor allem von der Reaktivität und Korngrößenverteilung der Hauptbestandteile bestimmt. Deshalb wurde in den vergangenen Jahrzehnten der Einfluss der Feinheit und der Korngrößenverteilung des Zements auf dessen Eigenschaften ausführlich untersucht.

Für die Zementmahlung werden überwiegend Kugelmühlen, Vertikal-Wälzmühlen und Gutbett-Walzenmühlen eingesetzt. Bei der Herstellung von Zementen auf verschiedenen Mahlsystemen entstehen in der Regel unterschiedliche Korngrößenverteilungen. Durch die mathematische Modellierung eines Mahlkreislaufs konnte gezeigt werden, dass die Korngrößenverteilung des Zements sehr stark von der Feinheit und Korngrößenverteilung des Sichteraufgabegutes beeinflusst wird.

Zerkleinerungsprozesse für die Zementherstellung sind sehr energieintensiv. Für Rohmehl, Kohle und vor allem Zement werden mehr als 65 % des gesamten elektrischen Energiebedarfs zur Zementherstellung benötigt. Durch Untersuchungen an technischen und halbtechnischen Mahl- und Sichtanlagen wurde vor allem den Einflüssen der verschiedenen Mahlsysteme auf die Energieausnutzung und die Produkteigenschaften nachgegangen.