the new grinding plant in the Wotan cement works

CEMENT
INTERNATIONAL
PROCESSING PERFORMANCE APPLICATION
6/2010, pp. 44–63
48–57
Reprint from / Sonderdruck aus: Issue No.: 3/2006,
Model
of–the fuel energy requirement for the
Flexiblecalculations
and efficient
clinker
the newburning
grindingprocess
plant in the Wotan cement works
Modellrechnungen
zum
Brennstoffenergiebedarf
des Klinkerbrennprozesses
Flexibel und effizient
– die
neue Mahlanlage im Zementwerk
Wotan
4
Dipl. Ing. G.
Wotan H. Schneider KG, Ahütte,
Dipl.-Ing.
H.Morenhoven,
Klein, Dr.-Ing.Portlandzementwerk
V. Hoenig,
Dr.
rer. nat. H.-U. Schäfer,
Christian Pfeiffer
Maschinenfabrik
Forschungsinstitut
der Zementindustrie,
Düsseldorf,
GermanyGmbH, Beckum, Germany
1201
0110
10 ·· 40601 Düsseldorf/Germany · Tel.: +49 (0) 211 // 99 24
Verlag Bau+Technik GmbH · P.O.-Box
PO Box 12
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99-0
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4Dipl. Ing. G. Morenhoven, Portlandzementwerk Wotan H. Schneider KG, Ahütte,
Dr. rer. nat. H.-U. Schäfer, Christian Pfeiffer Maschinenfabrik GmbH, Beckum, Germany
SUMMARY
ZUSAMMENFASSUNG
The new grinding plant in the Wotan cement works was
Die neue Mahlanlage im Zementwerk Wotan wurde für
designed to meet very strict requirements for the cement
höchste Anforderungen an die Zementqualität sowie an
quality and economic efficiency. One particular challenge
die Wirtschaftlichkeit konzipiert. Eine besondere Heraus-
lay in being able to react flexibly to the production demands
forderung lag darin, flexibel auf die Produktionsanforderun-
for different types of cement. The plant had to be inte-
gen verschiedener Zementarten reagieren zu können. Die
grated into the shape of the terrain between the existing
Anlage musste in die Geländemorphologie zwischen dem
clinker transport system and the existing clinker and cement
bestehenden Klinkertransport und der vorhandenen Klinker-
storage systems. A clearly laid out arrangement of the plant
und Zementlagerung integriert werden. Trotz der sehr kom-
components and outstanding accessibility to all elements
pakten Bauweise wurden eine übersichtliche Anordnung der
was achieved in spite of the very compact design. The very
Anlagenkomponenten und eine hervorragende Begehbarkeit
high demands made on environmental protection were
aller Elemente erreicht. Höchste Ansprüche an den Umwelt-
successfully met.3
schutz wurden erfolgreich umgesetzt.3
(Translation by Robin B. C. Baker)
3
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Flexible and efficient –
the new grinding plant in the Wotan cement works
Flexibel und effizient – die neue Mahlanlage im Zementwerk Wotan
1 Introduction
1 Einleitung
There are three ball mills in the Wotan cement works for producing different types of cement. The increasing demand for
higher grade cements meant that consideration was given
in 2007 to the construction of a new grinding plant. Various
alternatives were considered:
Im Zementwerk Wotan sind drei Kugelmühlen für die Herstellung verschiedener Zementarten vorhanden. Wegen der
zunehmenden Nachfrage nach höherwertigen Zementen
wurden im Jahr 2007 Überlegungen zur Errichtung einer
neuen Mahlanlage angestellt. Dabei wurden verschiedene
Alternativen in Betracht gezogen:
�
�
�
�
a
a
a
a
ball mill
high pressure roller mill for finish grinding
ball mill with high pressure roller mill
vertical roller mill
�
�
�
�
The alternative of a ball mill combined with a high pressure
roller mill was rejected because such a plant is very complex and therefore maintenance-intensive. The alternative
of a vertical roller mill was also ruled out after careful consideration as no separate cement silos were available for
this mill and the cements from the existing ball mills and
from the new mill would have to be stored in the same
silos. Because of the different sulfate optimization for ball
mill cements and vertical roller mill cements there were
worries about quality problems for the end user. Eventually
the decision was made in favour of the traditional and proven
technology of a ball mill. The great reliability and simple and
inexpensive maintenance were also significant factors that
ultimately contributed to the decision to install a ball mill.
There then followed detailed technical discussions with various suppliers about the design of the plant. At the beginning of July 2008 the contract for turn-key supply of the new
grinding plant was awarded to Christian Pfeiffer Maschinenfabrik GmbH (CPB) in Beckum.
2 Performance requirements
The types of cement listed in � Table 1 were taken into
account for the design of the grinding plant. The planning of
the new grinding plant presented the supplier and the operator with a series of technical and planning challenges.
The grinding plant itself had to be fitted into the immediate
vicinity of the existing clinker store and the bulk loading system at the foot of a steep rocky slope (� Fig. 1). The available
space was severely restricted by the rocky slope, the existTable 1: Composition and specific surface area of the cements
Tabelle 1: Zusammensetzung und spezifische Oberflächen der Zemente
CEM I 42.5 R CEM III A 42.5 R
Clinker
mass %
95
45
Gypsum
mass %
5
5
Granulated blastfurnace slag mass %
–
50
4 600
4 600
Specific surface area Blaine
cm²/g
Eine
Eine
Eine
Eine
Kugelmühle
Hochdruck-Rollenmühle zur Fertigmahlung
Kugelmühle mit Hochdruckrollenmühle
Vertikalrollenmühle
Man verwarf die Alternative einer Kugelmühle in Verbindung
mit einer Hochdruckrollenmühle, weil eine solche Anlage sehr
aufwändig und damit wartungsintensiv ist. Die Alternative einer
Vertikalrollenmühle kam nach gründlicher Überlegung ebenfalls nicht in Frage, da keine separaten Zementsilos für diese
Mühle verfügbar waren und die Zemente aus den vorhandenen Kugelmühlen und aus der neuen Mühle in denselben Silos
gelagert werden müssen. Wegen der unterschiedlichen Sulfatoptimierung der Kugelmühlen- und Vertikalrollenmühlenzemente befürchtete man hier Qualitätsprobleme für die Endabnehmer. Letztendlich entschied man sich für die herkömmliche und bewährte Technologie einer Kugelmühle. Auch die
hohe Zuverlässigkeit sowie die einfache und kostengünstige
Wartung waren maßgebliche Argumente, die letztlich die Entscheidung zugunsten einer Kugelmühle herbeiführten.
Darauf folgend wurden detaillierte technische Gespräche
mit verschiedenen Lieferanten über die Ausführung der Anlage geführt. Anfang Juli 2008 wurde die Christian Pfeiffer
Maschinenfabrik GmbH (CPB) in Beckum mit der schlüsselfertigen Lieferung der neuen Mahlanlage beauftragt.
2 Aufgabenstellung
Für die Auslegung der Mahlanlage waren die in � Tabelle 1 aufgeführten Zementarten zu berücksichtigen. Die Planung der neuen
Mahlanlage stellte den Lieferanten und den Betreiber vor eine
Reihe von technischen und planerischen Herausforderungen:
Die Mahlanlage selbst war in unmittelbarer Nähe des vorhandenen Klinkerlagers und der Loseverladung am Fuße eines
steilen Felsabhangs einzuplanen (� Bild 1). Der zur Verfügung
stehende Platz war durch den Felsabhang, die vorhanden Baulichkeiten sowie die Verkehrsflächen für die Verladung erheblich beschränkt. Weiterhin musste die Zuführung von Klinker
an die vorhandene Klinkerförderung sowie an den vorhandenen Klinkerlagerabzug angeschlossen werden. Während der
Montage war sicherzustellen, dass die Zu- und Abfahrt zu den
Verlade- und Verwiegungsanlagen nicht wesentlich behindert
wurden. Die Zuführung der weiteren Zementbestandteile wie
Gips, Hüttensand u.a. sollte von einem etwa 25 m höheren
Niveau oberhalb der neuen Mahlanlage erfolgen.
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Figure 1: Installation site for the new grinding plant. The former railway
tunnel can be seen in the left of the picture.
Bild 1:
Aufstellungsort der neuen Mahlanlage. Im linken Bildteil ist der
ehemalige Eisenbahntunnel zu sehen.
ing structures and the traffic areas for the loading. Furthermore, the clinker supply had to be connected to the existing clinker transport system and to the existing clinker store
extraction system. It was essential to ensure that the entry
and exit to the loading and weighing plants were not seriously obstructed during the installation. The other cement
constituents, such as gypsum, granulated blastfurnace slag,
etc. were to be supplied from a level about 25 m higher, i.e.
above the new grinding plant.
The available granulated blastfurnace slag was stored on an
open stockpile at a higher ground level about 300 m from
the new grinding plant. As the granulated blastfurnace slag
is stored in the open, moisture contents of up to 12 mass %
are to be expected, especially during the cold period of the
year, so this material has to be dried. Supplying the new
ball mill with hot gases from the clinker cooler through a
pipeline was also considered, but the implementation of this
measure was postponed to a later date. It was decided to
install a separate dryer near the granulated blastfurnace slag
stockpile. This also avoided the problems of handling the
moist slag. The conveying equipment from the drying plant
to the grinding plant was also to be used for supplying the
sulfate agent and possibly other main constituents.
In order to be able to meet future quality requirements for
the products the grinding and classifying plants had to be
designed so that there would be no problem with producing
2
cements with specific surface areas > 5 000 cm /g Blaine.
Der zur Verfügung stehende Hüttensand wird auf einer offenen
Halde gelagert, die sich auf einem höheren Geländeniveau in
etwa 300 m Entfernung von der neuen Mahlanlage befindet. Da
der Hüttensand im Freien gelagert wird, sind vor allem in der
kalten Jahreszeit Feuchtegehalte von bis zu 12 M.-% zu erwarWeiter
ten, sodass dieses Material getrocknet werden muss. Weiterhin wurde überlegt, die neue Kugelmühle über eine Rohrleitung
mit Klinkerkühlerheißgasen zu versorgen. Die Umsetzung dieser Maßnahme wurde auf einen späteren Zeitpunkt verschoben. Es wurde entschieden, einen separaten Trockner in Nähe
der Hüttensandhalde zu installieren. Dadurch werden auch Probleme bei der Handhabung von feuchtem Hüttensand vermieden. Die Fördereinrichtungen von der Trockneranlage zur Mahlanlage sollten zugleich für die Zuführung von Sulfatträger und
möglichen weiteren Hauptbestandteilen genutzt werden.
Um auch zukünftigen Qualitätsanforderungen an die Produkte
gerecht zu werden, musste die Mahl- und Sichteranlage so
konzipiert werden, dass Zemente mit massenbezogenen
2
Oberflächen von > 5000 cm /g nach Blaine problemlos hergestellt werden können.
Aufgrund der vom Auftraggeber geforderten Maßnahmen
zum Wasserschutz, war es erforderlich, diverse Schmieraggregate und andere Flüssigkeitstanks mit Auffangwannen und Leckageüberwachungen auszustatten. Außerdem
waren diverse Sicherheitseinrichtungen zur sicheren Befüllung von Lagertanks bei der Heizöl-, Mahlhilfe- und Chromatreduzierer-Anlieferung zu installieren.
Hinzu kam die Auflage, eine Lärmbelästigung der Einwohner
der Gemeinde Üxheim durch die neue Mahlanlage unbedingt
zu vermeiden. Dazu war es notwendig, eine deutliche Unterschreitung der zulässigen Schall-Immissionsrichtwerte einzuhalten, insbesondere der Nachtwerte von ≤ 45 dB(A) (� Bild 2).
3 Aufbau der Anlage
Im Prinzip ist das Mühlengebäude zweigeteilt (� Bild 3): In
einem Bereich befinden sich die Mühlenvorbunker mit der
komplexen Materialverteilung sowie mit den Einrichtungen
für die Eisen(II)-sulfat-Dosierung und die Dosierung für die
Mahlhilfe. Im anderen Bereich steht die Mühle mit dem darüber angeordneten Sichter. Hier sind auch die erforderlichen
Entstaubungsfilter untergebracht. Durch diese Anordnung ist
eine Materialzuführung auf dem Niveau etwa 25 m über der
Fundamentplatte problemlos möglich und die Zuführung zum
Mühleneinlauf erfordert keinen weiteren Höhenausgleich.
Im Verlauf der Anlagenplanung stellte sich die aufwändige Verteilung der Aufgabematerialien über den Mühlenvorbunkern
als extrem komplex dar. Die zahlreichen Muldengurtförderer
mussten so angeordnet werden, dass ausreichend Höhe für
die Anschlüsse an die nachgeschalteten Einrichtungen mittels Übergabeschurren bestand. Außerdem wurde den unter
unterschiedlichen Fördereigenschaften und Verschleißanforderungen, insbesondere denen des Hüttensands, besonderes Augenmerk geschenkt. Während des Fortgangs der Planung wurden
daher die Bühnen für diese Einrichtungen mehrfach geändert,
was umfangreiche Überarbeitungen nach sich zog.
Figure 2: Completed plant with sound insulation cladding
Bild 2:
Fertig gestellte Anlange mit Schallschutzverkleidung
Auf bestmögliche Zugangsmöglichkeiten zu den Einzelaggregaten für Wartung und Kontrollen wurde größter Wert gelegt. Durch die Installation von vier Kranen, darunter einem
10-t-Hallenkran auf 32 m Höhe, und Anordnung von zwei von
unten bis oben durchgängigen Montageöffnungen, ist eine
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Because of the water protection measures required by the
client it was necessary to provide various lubricating units and
other fluid tanks with catchment basins and leakage monitoring systems. Various items of safety equipment also had to
be installed for safe filling of the storage tanks during delivery
of the fuel oil, grinding aids and chromate reducing agent.
In addition to this it was essential to prevent noise from
the new grinding plant from causing a nuisance to the residents of the Üxheim township. This meant that the noise
level had to be kept significantly below the permissible noise
immission guide values, especially the night-time value of
≤ 45 dB(A) (� Fig. 2).
3 Structure of the plant
In principle, the mill building is divided into two parts
(� Fig. 3). In one part there are the mill feed hoppers with
the complex material distribution system as well as the
equipment for metering the iron(II) sulfate and the grinding aids. The mill, with the classifier positioned above it, is
located in the other part, which also contains the dedusting
filter. This arrangement means that supplying the material at
a level about 25 m above the foundation slab does not cause
any problems and the feed to the mill inlet does not require
any further adjustment of levels.
During the planning of the plant the sophisticated distribution of the feed materials above the mill feed hoppers proved
to be extremely complex. The numerous troughed belt conveyors had to be arranged so that there was sufficient height
for the connections to the downstream equipment by transfer chutes. Particular attention was also given to the different transport properties and wear requirements, particularly
those of the granulated blastfurnace slag. As the planning
progressed the platforms for these items of equipments
were therefore changed many times, which entailed extensive redesign work.
Figure 3: Installation plan for the grinding plant. The cyclones and
pipelines have been omitted for the sake of clarity.
Bild 3:
Aufstellungsplanung der Mahlanlage. Zyklone und Rohrleitungen wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit ausgeblendet.
hervorragende Manipulierbarkeit auch von größeren Teilen
innerhalb des Mahlgebäudes gegeben.
Die Belüftung des Mahlgebäudes ist bei niedrigen Außentemperaturen durch natürlichen, thermisch getriebenen Luftaustausch von unten nach oben ausgelegt und wird bei höheren Temperaturen durch elektrische Lüfter unterstützt.
4 Verfahrenstechnische Ausführung der
neuen Mahlanlage
� Bild 4 zeigt das Fließschema der neuen Mahlanlage.
Great emphasis was placed on achieving the best possible
access to the individual units for inspection and maintenance.
Outstanding manoeuvrability, even of quite large parts, within
the mill building has been achieved by installing four cranes,
including a 10 t gantry crane at a height of 32 m and arranging
two installation openings that reach from top to bottom.
At low outside temperatures the ventilation of the mill building is designed for natural thermal air exchange from bottom to top, and at higher temperatures this is assisted by
electric fans.
4 Process engineering design of the new
grinding plant
� Fig. 4 shows the flow chart for the new grinding plant.
4.1 Material feed to the mill
The feed of clinker, gypsum, granulated blastfurnace slag,
and possibly two other main constituents had to be made
as flexible as possible.
Clinker can be taken either from the belt bridge from the
clinker cooler to the existing clinker store or directly from
the store. For the latter case a bucket elevator has been
installed that takes the clinker from the silo outlet and
carries it to the correct height for feeding the hopper. A
4.1 Materialaufgabe zur Mühle
Die Aufgabe von Klinker, Gips, Hüttensand und von gegebenenfalls zwei weiteren Hauptbestandteilen sollte so flexibel
wie möglich ausgeführt werden.
Klinker kann sowohl von der Bandbrücke vom Klinkerkühler
zum vorhandenen Klinkerlager abgenommen werden, als auch
aus dem vorhandenen Lager direkt abgezogen werden. Für
den letzteren Fall ist ein Becherwerk installiert worden, das
den Klinker vom Siloabzug aufnimmt und auf die entsprechende Höhe für die Bunkerbeschickung fördert. Vor dem Klinkerbunker ist ein reversierbarer Muldengurtförderer eingebaut,
sodass außer dem zugeordneten Klinkerbunker noch ein weiterer Bunker für die Klinkerbevorratung zur Mühlenaufgabe
genutzt werden kann. Weiterhin ist dieser Förderweg an eine
so genannte Notaufgabe angebunden. Hier handelt es sich um
einen Abkippbunker, der mit einem Radlader beschickt werden
kann, falls die anderen Klinkertransporte zur neuen Mahlanlage
ausgefallen sind oder bei Wartung nicht in Betrieb sind.
Gips, Hüttensand und mögliche andere weitere Hauptbestandteile werden von der Trocknungsanlage mittels eines Rohrgurtförderers, der nicht im Lieferumfang von CPB enthalten
war, zum oberen Bereich der Mahlanlage gefördert und dann
auf die verschiedenen Bunker verteilt. Durch die Anordnung
mehrerer reversierbarer Muldengurtförderer ist es möglich,
6
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From the
drying
plant
From the
conveyor
bridge
From the
clinker
silo
Offtake to
the silo
Figure 4: Flow chart for the grinding plant
Bild 4:
Fließschema der Mahlanlage
reversible troughed belt conveyor is installed before the
clinker hopper so that, in addition to the designated clinker
hopper, it is also possible to use another hopper for storing
clinker to feed the mill. This transport route also has an emergency function. This involves a tipping hopper that can be
fed by a wheeled front-end loader if the other clinker transport systems to the new grinding plant have broken down
or are not in operation during maintenance.
Gypsum, granulated blastfurnace slag and other possible
main constituents are transported by a tube belt conveyor,
which did not form part of the supply by CPB, from the drying
plant to the upper part of the grinding plant and are then distributed to the various hoppers. By using several reversible
troughed belt conveyors it is possible to allocate the materials to their respective hoppers. These hoppers can also
be supplied via the emergency route.
In the material metering area there is a silo for iron(II) sulfate
to meet the requirements for chromate-reduced cements.
This is extracted from the silo via a differential metering
weigher and supplied in the requisite quantity to the mill feed
belt. The storage system and metering equipment for grinding aid is also installed in the material feed area. It is metered
onto the clinker belt weigher immediately before the stream
of material is discharged into the mill feed chute.
Each feed hopper is equipped with a metering belt weigher.
These weighers, together with the metering systems for the
iron(II) sulfate and grinding aid and the flow meter for the
classifying tailings, are linked in a control loop that ensures
that the individual feed quantities always correspond to the
particular mix formulation and that the ball mill receives the
optimum feed.
4.2 Drying plant
� Fig. 5 shows the flow chart for the drying plant. The drying
plant is located on a higher ground level about 185 m from
the new grinding plant. Here there is also a tipping hopper
for the sulfate agent and the other main constituents that is
connected by a troughed belt conveyor to the tube belt conveyor leading to the grinding plant. The tube belt conveyor
transports granulated blastfurnace slag, sulfate agent and
other materials in turn to supply the mill feed hoppers.
die Materialien jedem gewünschten Bunker zuzuordnen. Auch
diese Bunker können über die Notaufgabe beschickt werden.
Um die Anforderungen an chromatreduzierte Zemente zu
erfüllen, befindet sich im Bereich der Materialdosierung ein
Silo für Eisen(II)-sulfat. Dieses wird mittels einer Differentialdosierwaage aus diesem Silo abgezogen und in der erforderlichen Menge dem Mühlenaufgabeband zugeführt. Ebenfalls im Bereich der Materialaufgabe wurden die Lagerung
und die Dosiereinrichtung für die Mahlhilfe installiert. Diese
wird auf die Klinker-Bandwaage unmittelbar vor Abwurf des
Materialstroms in die Mühlenaufgabeschurre dosiert.
Jeder Vorbunker ist mit einer Dosierbandwaage ausgerüstet. Diese Waagen sind zusammen mit der Dosierung des
Eisen(II)-sulfats, der Mahlhilfe und dem Durchflussmessgerät für die Sichtergrieße in einen Regelkreis eingebunden,
der gewährleistet, dass die einzelnen Aufgabemengen jederzeit dem jeweiligen Rezept entsprechen und die Kugelmühle
optimal beschickt wird.
4.2 Trockneranlage
� Bild 5 zeigt das Fließschema der Trockneranlage. Die Trockneranlage befindet sich auf einem höheren Geländeniveau
etwa 185 m von der neuen Mahlanlage entfernt. Hier befindet sich auch ein Abkippbunker für den Sulfatträger und
die weiteren Hauptbestandteile, der mittels eines Muldengurtförderers an den Rohrgurtförderer zur Mahlanlage angeschlossen ist. Der Rohrgurtförderer transportiert Hüttensand, Sulfatträger und andere Materialien alternierend, um
die Mühlenvorbunker zu beschicken.
Der Hüttensand wird mit einem Radlader von der Halde abgezogen und zur Trockneranlage gebracht. Hier ist ein SamsonFeeder der Fa. Aumund als Abzugsförderer und als kleines Zwischenlager für Hüttensand installiert. Der SamsonFeeder beschickt einen reversierbaren Muldengurtförderer,
der den Hüttensand zur Trockneraufgabe fördert. Im Reversierbetrieb können so Hüttensand und andere Materialien
unter Umgehung des Trockners vom Samson-Feeder auf
den Rohrgurtförderer aufgegeben werden.
Für die Trocknung des Hüttensands ist ein Wirbelschichttrockner installiert worden. Da der Hüttensand nur Ober-
7
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Feed conveyor for
granulated blastfurnance
slag
15t feed hopper for
limestone/other
main constituents
To the grinding plant
Figure 5: Flow chart for the drying plant
Bild 5:
Fließschema der Trockneranlage
The granulated blastfurnace slag is taken from the stockpile
by wheeled front-end loader and taken to the drying plant.
A Samson Feeder supplied by Aumund is installed here
as the discharge conveyor and to provide a small intermediate store of slag. The Samson Feeder feeds a reversible
troughed belt conveyor that carries the granulated blastfurnace slag to the dryer feed. This means that when the system is operated in the reverse direction the slag and other
materials can bypass the dryer and be fed by the Samson
Feeder to the tube belt conveyor.
A fluidized bed dryer has been installed for drying the granulated blastfurnace slag. The slag only has surface moisture
and is relatively fine-grained so this solution appeared to be
the best one from the energy aspect. The dryer is designed
to evaporate 4 500 kg water per hour. A hot gas generator
that can be operated with extra light fuel oil or butane was
installed to supply the drying gases. The throughput of the
fluidized bed dryer can be controlled by the oscillation frequency. The dryer is dedusted by a compressed air filter that
3
is designed for a flow of 47 000 m /h at an operating temperature of 120 °C. After the dried slag has left the fluidized
bed dryer it is transported to the grinding plant by the tube
belt conveyor.
4.3 Ball mill with sliding shoe bearings
The main piece of equipment in the grinding plant is a
2-chamber ball mill with sliding shoe bearings, a diameter of
4.4 m and a grinding path length of 14.0 m. It is driven by a
DMG2 gear unit, which makes a space-saving design possible. The motor has an installed rating of 4 400 kW.
The mill tube was manufactured in Austria. It reached Zell
by ship via the Danube, the Rhine-Main-Danube canal, the
Rhine and the Mosel. From there it was taken by heavy
goods transport to the works in Üxheim. By this time the
mill foundations had already been completed and the bearings had been pre-assembled to the point where the mill
tube could be placed directly in the bearings from the lowloader (� Fig. 6).
All the mill internals were supplied by CPB. The first grinding chamber has a grinding path length of 4 500 mm. It is
fitted with an activator lining that ensures that the lift height
flächenfeuchte aufweist und relativ feinkörnig ist, erschien
diese Lösung auch aus energetischen Gesichtspunkten als
die beste. Der Trockner ist für eine Wasserverdampfung von
4 500 kg/h dimensioniert. Zur Versorgung mit Trocknungsgasen wurde ein Heißgaserzeuger installiert, der sowohl mit
Heizöl EL als auch mit Butan betrieben werden kann. Der
Durchsatz des Wirbelschichttrockners ist über die Schwingfrequenz regelbar. Der Wirbelschichttrockner wird mit einem
Druckluftfilter entstaubt, das für einen Volumenstrom von
3
47000 m /h bei einer Betriebstemperatur von 120 °C ausgelegt ist. Nachdem der getrocknete Hüttensand den Wirbelschichttrockner verlassen hat, wird er mittels des Rohrgurtförderers zur Mahlanlage gefördert.
4.3 Gleitschuhgelagerte Kugelmühle
Das Herzstück der Mahlanlage ist eine gleitschuhgelagerte
2-Kammer-Kugelmühle mit 4,4 m Durchmesser und 14,0 m
Mahlbahnlänge. Der Antrieb erfolgt mittels eines DMG2-Getriebes, was eine platzsparende Einplanung möglich machte.
Die installierte Motorleistung beträgt 4 400 kW.
Das Mühlenrohr wurde in Österreich gefertigt. Per Schiff
gelangte es über die Donau, den Rhein-Main-Donau-Kanal,
den Rhein und die Mosel bis nach Zell. Von dort erfolgte der
Schwerlasttransport bis ins Werk nach Üxheim. Zu diesem
Zeitpunkt waren die Mühlenfundamente bereits fertiggestellt und die Lager so weit vormontiert, dass das Mühlenrohr vom Tieflader aus direkt in die Lager eingelegt werden
konnte (� Bild 6).
Die Mühleninterna wurden komplett von CPB geliefert. Die
1. Mahlkammer hat eine Mahlbahnlänge von 4 500 mm.
Sie ist mit einer Aktivatorpanzerung ausgestattet, die gewährleistet, dass die Hubhöhe der Mahlkugeln über die
gesamte Standzeit der Panzerung erhalten bleibt. Die Panzerung ist als geschraubte Panzerung ausgeführt. Die beiden Mahlkammern werden durch eine Übertragtrennwand
mit einer integrierten Materialstromregelung getrennt. Durch
die schwimmende Lagerung der Übertragtrennwand in Mono®
bloc -Bauweise ist gewährleistet, dass keine Spannungen,
die beim Mahlbetrieb im Mühlenmantel auftreten, auf die
Wand übertragen werden. Dadurch ist eine sehr lange
Lebensdauer des Wandgerüsts sichergestellt. Die 2. Mahlkammer hat eine Mahlbahnlänge von 9500 mm. Es wurde
8
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of the grinding balls remains the same over the entire service
life of the lining. The lining is bolted in place. The two grinding
chambers are separated by an intermediate diaphragm with
integral material flow control. The floating support of the
®
intermediate diaphragm in Monobloc construction ensures
that no stresses that might occur in the mill shell during grinding are transmitted to the diaphragm. This ensures a very long
service life for the framework of the diaphragm. The second
grinding chamber has a grinding path length of 9500 mm. A
combination of lifting and classifying plates in a fully bolted
design was installed. The discharge diaphragm also has a
®
Monobloc construction. CPB also supplied the complete ball
®
charge consisting of ALLMAX grinding balls.
Figure 6: Installation of the mill tube
Bild 6:
Montage des Mühlenrohrs
A water injection system has been installed in the second
grinding chamber. When the water injection is not in use
the lance can be flushed with compressed air to prevent
blockages.
The mill has its own dedusting filter designed for a flow of
3
70 000 m /h at an exhaust gas temperature of 90 to 110 °C.
The outlet housing is dimensioned so that the gas velocity to
the filter is kept low to keep down any carry-over of coarse
particles in the mill dust. The filter is an EMC filter from
Scheuch that keeps the compressed air consumption at a
low level and cleans the filter bags without damaging the
fabric, which increases their service life substantially. The
filter fan has a variable speed to control the volume flow,
and the filter dust is returned to the recirculating bucket
elevator.
4.4 Material transport to the classifier
A flap valve is built into the discharge from the mill outlet
housing to exclude the air. After it has passed through the
flap the material discharged from the mill is conveyed by an
aerated trough conveyor to the recirculating bucket elevator.
A foreign body trap is installed in the aerated trough conveyor
from the bucket elevator to the classifier to prevent damage to the classifier by foreign bodies. A vibrating screen is
installed in the coarse material outlet from the foreign body
trap that only removes fairly large foreign bodies while fine
material is returned to the recirculating bucket elevator in
the same way as the mill discharge material.
4.5 Classifier system
The classifier system consists of a selective cage-rotor classifier from the successful QDK series with two cyclones for
eine Kombination aus Hub- und Klassierplatten in einer vollständig geschraubten Ausführung eingebaut. Bei der Aus®
tragswand handelt es sich ebenfalls um eine Monobloc Ausführung. CPB lieferte auch die komplette Kugelcharge
®
bestehend aus ALLMAX -Mahlkugeln.
Eine Wassereindüsung ist in der 2. Mahlkammer installiert.
Wenn die Wassereindüsung nicht in Betrieb ist, kann die
Lanze mit Druckluft gespült werden, um Verstopfungen zu
vermeiden.
Die Mühle verfügt über ein eigenes Entstaubungsfilter, das
3
auf einen Volumenstrom von 70000 m /h bei einer Ablufttemperatur von 90 bis 110 °C ausgelegt ist. Das Auslaufgehäuse ist so dimensioniert, dass die Gasgeschwindigkeit
zum Filter gering gehalten wird, um einen Übertrag von groben Partikeln in den Mühlenstaub gering zu halten. Bei dem
Filter handelt es sich um ein EMC-Filter der Fa. Scheuch,
das den Druckluftbedarf niedrig hält und eine gewebeschonende Abreinigung der Filterschläuche durchführt, was deren
Standzeiten wesentlich erhöht. Zur Regelung des Volumenstroms ist der Filterventilator drehzahlgeregelt. Der Filterstaub wird zum Umlaufbecherwerk zurückgeführt.
4.4 Materialförderung zum Sichter
Am Austrag des Mühlenauslaufgehäuses ist eine Pendelklappe
als Luftabschluss eingebaut. Nach Durchtritt durch die Klappe
wird das Mühlenaustragsgut mit einer Luftförderrinne zum
Umlaufbecherwerk gefördert. Um Beschädigungen des Sichters durch Fremdkörper zu vermeiden, ist in die Luftförderrinne
vom Becherwerk zum Sichter eine Fremdgutfalle eingebaut.
Im Grobgutaustrag der Fremdkörperfalle ist ein Schwingsieb
eingebaut, durch das nur größere Fremdkörper ausgeschleust
werden, während feines Material wie das Mühlenaustragsgut
in das Umlaufbecherwerk zurückgeführt wird.
4.5 Sichteranlage
Die Sichteranlage besteht aus einem trennscharfen Stabkorbsichter aus der am Markt bewährten QDK-Baureihe mit zwei
Zyklonen zur Fertiggutabscheidung. In den vergangenen Jahren hat CPB umfangreiche Optimierungen der QDK-Sichter
vorgenommen. Auf Basis der Ergebnisse von CFD-Simulationen wurden die Verhältnisse im Sichter strömungstechnisch
überarbeitet. Dabei sind das Spiralgehäuse und der Jalousiekranz, durch den die Sichtluft in den Sichtraum eintritt, neu ausgelegt worden. Die Anzahl der Leitbleche wurde erhöht und
die Anstellung in Richtung Sichtspalt neu festgelegt. Ebenso
wurde die Anzahl der Drehkorbstäbe im Vergleich zu früheren
Ausführungen deutlich angehoben und die Stäbe werden rückwärts angestellt eingebaut (� Bild 7). Diese Modifikationen wurden bereits zuvor in anderen Aufträgen erprobt und aufgrund
der guten Ergebnisse im QDK 33-NZ für die neue Mahlanlage
des Werks Wotan übernommen. Sie werden auch als Konstruktionsgrundlagen im Rahmen der neuen CPB-Sichterfamilie
OptiTromp, zu der jetzt auch die QDK-Sichter gehören, konsequent umgesetzt.
Die Sichteranlage ist auf einen Volumenstrom von 187550 m3/h
bei einer Temperatur von 110 °C ausgelegt. Die Regelung
der Feinheit des Fertigprodukts erfolgt über die Drehzahlvariation des Stabkorbs, für den eine maximale Umfangs–1
geschwindigkeit von 40 m/s vorgesehen ist. Erst bei sehr
2
hohen Feinheiten von deutlich über 5000 cm /g kann es
erforderlich sein, den Sichtluftvolumenstrom etwas zu reduzieren. Aus diesem Grund verfügt auch der Sichtluftventilator über einen drehzahlregelbaren Antrieb. Im Sichter ein-
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collecting the finished product. In past years CPB has carried out extensive optimization work on the QDK classifiers.
The flow conditions in the classifier were redesigned on the
basis of the results of CFD simulations. The spiral housing
and the louvre ring through which the classifying air enters
the classifying chamber were redesigned. The number of
baffles was increased and the setting towards the classifying
gap was re-determined. The number of blades on the cagerotor was also increased significantly compared with earlier
designs and the blades were installed with a backwardfacing setting (� Fig. 7). These modifications had already
been tested in other contracts and, because of the good
results achieved, were adopted in the QDK 33-NZ classifier
for the new grinding plant at the Wotan works. They are also
being consistently implemented as design principles in the
new OptiTromp CPB classifier family to which the QDK classifiers now also belong.
The classifier system is designed for a volume flow of
187 550 m3/h at a temperature of 110 °C. The fineness of
the finished product is controlled by varying the speed of
the cage rotor, which is designed for a maximum circum–1
ferential speed of 40 m/s . Only at very high finenesses sig2
nificantly greater than 5 000 cm /g is it necessary to reduce
the flow of classifying air slightly. For this reason the classifying air fan also has a variable speed drive. A central lubrication system for all bearings and a bearing monitoring system that provides reliable diagnosis of the condition of the
bearings are built into the classifier.
The classifying air circuit is dedusted by a compressed air
filter to which the recirculating bucket elevator and some
of the aerated trough conveyors are also connected. The
3
filter is designed for a flow of 25 000 m /h. The filter dust is
returned to the recirculating bucket elevator.
The finished material collected by the cyclones is transported
by an aerated trough conveyor to a belt bucket elevator that
links the new grinding plant with the existing cement silos.
The classifier tailings are transported to the mill inlet by an
aerated trough conveyor via a flow meter.
5 Compressed air supply
Figure 7: Redesigned classifying space geometry. New version in the
upper part of the diagram
Bild 7:
Überarbeitete Sichtraumgeometrie. Neue Version im oberen
Bildbereich
gebaut ist eine Zentralschmierung für alle Lager sowie ein
Lagerüberwachungssystem, das eine zuverlässige Diagnose
des Lagerzustands erlaubt.
Die Entstaubung des Sichtluftkreislaufs erfolgt über ein
Druckluftfilter, an das auch das Umlaufbecherwerk und
einige Luftförderrinnen angeschlossen sind. Das Filter ist
3
für einen Volumenstrom von 25000 m /h vorgesehen. Der
Filterstaub wird ins Umlaufbecherwerk zurückgeführt.
Das von den Zyklonen abgeschiedene Fertiggut wird über
eine Luftförderrinne zu einem Gurtbecherwerk gefördert,
über das die neue Mahlanlage mit den vorhandenen Zementsilos verbunden ist. Die Sichtergrieße werden mit einer Luftförderrinne über ein Durchflussmessgerät zum Mühleneinlauf transportiert.
5 Druckluftversorgung
The compressed air is supplied to the grinding plant by two
compressors that provide very economical and fail-safe operation and can also cover large peak loads due to the existing
frequency control on the larger compressor. The frost-free
housing is provided in a bricked-off space in the mill building,
which also houses the water injection system. A separate
compressed air supply is installed in the drying plant.
Die Druckluftversorgung der Mahlanlage übernehmen zwei
Kompressoren, die durch vorhandene Frequenzregelung am
größeren Kompressor sehr wirtschaftlich und ausfallsicher
arbeiten und auch größere Spitzenlasten abfangen können.
Die frostfreie Unterbringung erfolgte in einem abgemauerten Raum im Mühlengebäude zusammen mit der Wassereindüsung. In der Trocknungsanlage ist eine separate Druckluftversorgung installiert.
6 Electricity
6 Elektrik
The electrical equipment, including installation and commissioning, was contracted out to a general contractor.
The contract started from the incoming 20 kV medium
voltage power supply. A transformer was provided for supplying the mill drive with 6.3 kV, another one for supplying
the frequency converter for the variable speed drives (690 V)
and a third one for the 400 V low voltage supply.
Die elektrische Ausrüstung wurde einschließlich der Montage
und der Inbetriebnahme an einen Generalunternehmer vergeben. Geliefert wurde ab der Einspeisung der 20-kV-Mittelspannung. Ein Transformator wurde für die Versorgung des Mühlenantriebs mit 6,3 kV vorgesehen, ein weiterer für die Versorgung
der Frequenzumrichter der drehzahlvariablen Antriebe (690 V)
und ein dritter für die Niederspannungsversorgung mit 400 V.
Appropriate switchgear was installed for the different sectors and linked by cables to the consumers. Cabinets were
also provided for the digital and analogue inputs and outputs
for controlling the plant.
Für die verschiedenen Bereiche wurden entsprechende Schaltanlagen errichtet und mit den Verbrauchern verkabelt. Weiterhin wurden die Schränke für digitale und analoge Ein- und
Ausgänge für die Steuerung der Anlage bereitgestellt.
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100
CEM I 32,5R
CEM I 42,5R
CEM II / A-LL 32,5R
90
80
Selectivity [%]
70
60
50
40
Figure 8: Installation in the dryer area during winter
Bild 8:
Montage im Trocknerbereich im Winter
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The process and the control system are displayed using WinCC.
An operating station was installed in the existing control room
and linked to the automation system by optical fibres.
The automation system is based on SIMATIC S7-400. The
drives are controlled through the appropriate I/O modules.
20
10
0
1
10
100
1000
Particle size [µm]
An unusual feature is the housing for the transformers and
switchgear. A railway tunnel that has not been used for decades (s. Fig. 1) passes through the lower part of the existing
clinker storage building. The cross-section of this tunnel is
large enough for it to be divided into two levels. The transformers are located in the lower part with the switchgear
on the upper level.
Figure 9: Results of the classifier test
Bild 9:
Ergebnisse der Sichterbeprobung
7 Steel structure and installation
Das Automatisierungssystem basiert auf der SIMATIC S7-400.
Die Ansteuerung der Antriebe erfolgt über die entsprechenden I/O Baugruppen.
The supply of the structural steelwork and installation of the
steel structure and the machinery was contracted out to a
general contractor. This ensured that the structural steelwork
was available on the site on schedule. As far as possible the
installation of the structural steelwork and the mechanical
equipment was synchronized so that the erection of the two
sections of work did not interfere with one another.
The installation started in October 2009 and was carried out
with virtually no interruptions caused by weather in spite
of the severe winter with heavy falls of snow (� Fig. 8) and
occasional double-digit minus temperatures.
Table 2: Bypass and specific surface area of the classifier samples
Tabelle 2: Bypass und massenbezogene Oberfläche der Sichterproben
CEM I 32,5 R CEM I 42,5 R CEM II/A-LL 32,5 R
Bypass
3.9
6.9
5.7
Surface area –
cm²/g
classifier feed
%
2 080
1970
2 230
Surface area –
cm²/g
cement
3 510
4 260
4 140
Surface area –
cm²/g
tailings
670
720
620
Die Visualisierung des Prozesses und der Steuerung erfolgt
mit WinCC. Eine Bedienstation wurde im vorhandenen Leitstand untergebracht. Die Anbindung an das Automatisierungssystem erfolgte mittels Lichtwellenleiter.
Ein Kuriosum ist die Unterbringung der Trafos und der Schaltanlagen: Der untere Teil des vorhandenen Klinkerlager-Gebäudes ist von einem Eisenbahntunnel durchzogen, der
seit Jahrzehnten nicht mehr genutzt wird (Bild 1). Der Querschnitt dieses Tunnels reichte aus, um ihn in zwei Ebenen zu
unterteilen: Unten befinden sich die Trafos und in der oberen Ebene die Schaltanlagen.
7 Stahlbau und Montage
Die Lieferung des Stahlbaus sowie die Stahlbau- und Maschinenmontage wurden an einen Generalunternehmer vergeben. Dadurch war gewährleistet, dass insbesondere der
Stahlbau termingerecht auf der Baustelle zur Verfügung stand.
Soweit das möglich war, wurden Stahlbau und mechanische
Ausrüstung synchron montiert, sodass die Errichtung der beiden Gewerke sich nicht gegenseitig behinderten.
Die Montage begann im Oktober 2009. Trotz des strengen
Winters mit starken Schneefällen (� Bild 8) und zeitweise
zweistelligen Minusgraden wurde die Montage fast ohne
witterungsbedingte Unterbrechungen durchgeführt.
8 Commissioning
8 Inbetriebnahme
The commissioning was carried out early in 2010. The quality
of the cements and the production capacity were impressive
even in the early stages of commissioning. For all the cements
produced the QDK 33-NK classified exhibited exceptional
sharpness of separation, which contributes significantly to the
energy efficiency of the new plant (� Fig. 9, � Table 2).3
Die Inbetriebnahme erfolgte im Frühjahr 2010. Bereits im
frühen Inbetriebnahmestadium überzeugten die Qualität der
Zemente und die Produktionskapazität. Bei allen produzierten Zementen zeigte der QDK 33-NZ-Sichter eine herausragende Trennschärfe, was wesentlich zur Energieeffizienz
der neuen Anlage beiträgt (� Bild 9, � Tabelle 2).3
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