Ein Drehrohrofen ist ein hochwertiges Investitionsgut mit Kosten von meist mehreren Millionen Euro. Zu seiner Inbetriebhaltung ist ein "Konti-Betrieb" zu organisieren; in aller Regel werden Drehrohröfen 24 Stunden pro Tag, 7 Tage die Woche und in 50 oder 51 Wochen des Jahres betrieben. Folgende Industrien verwenden Drehöfen:

• Zementherstellung
• Kalkbrennen
• Müllverbrennung (besonders Sonderabfälle)
• Schmelzen von keramischen Gläsern / Fritten
• Trocknung von Mineralgestein in Asphaltmischanlagen oder in Betonmischanlagen
• Erschmelzung von Metallen (beispielsweise zur Reduktion von Nickelerz)
• Pigmentherstellung
• Aktivkohleaktivierung
• Wälzverfahren zur Aufarbeitung von Stahlwerksflugstaub und anderen Zinkträgern
• Eisenerzreduktion

Drehrohröfen z.B. wie in EP 0032 468 A beschrieben sind Anlagen großen Durchmessers, in denen Prozesse mit sehr hoher Wärmeentwicklung im Durchlauf bei gleichzeitiger Drehbewegung der Hülle stattfinden.

Dies führt zu einer Oberflächentemperatur, die meist bei Werten über 200°C liegen und zu hohen Wärmeverlusten führen.

Die Problematik bislang bestand darin, geeignete entsprechend wärmebeständige Dämmmaterialien unter Berücksichtigung des Gesamtgewichtes des Drehofens zu finden, sowie eine geeignete Befestigungstechnik, die die bei der Rotation auftretenden Fliehkräfte und die Vermeidung von Wärmebrücken entsprechend praxistauglich berücksichtigt.

EP 0 619 010 B1 beschreibt einen Drehrohrofen mit einer polygonalen Innenwand, um heißen Zement und andere Materialien zu bearbeiten. CN 101 441 038 A offenbart ein hitzebeständiges Vakuumisolationsmaterial mit einem äußeren Gehäusekörper, dessen inneres Oberflächenmaterial einen kleineren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als sein äußeres Oberflächenmaterial. DE 37 05 613 A1 beschreibt eine thermische Isolation aus thermisch isolierendem Material mit gasundurchlässigen Zwischenschichten, wobei eine Wabenstruktur verwendet wird. SU 1 190 169 A1 offenbart eine thermische Isolation für einen Drehrohrofen.

Es wird auf die Außenhülle des Ofenrohres eine Dämmung aufgebracht, die aus mehreren Stufen besteht und mit einer Blechhülle oder feuerfesten Plane fixiert und vor äußeren Einflüssen geschützt wird.

Zunächst wird auf die Oberfläche des Rohres eine neue Beschichtung z.B. ein liquides Gebinde aufgebracht, das nach dem Aushärten nach Beschaffenheit und Art einen sehr kleinen Emissionsgrad für Infrarote Strahlung von e < 0,1 aufweist (Fig. 2, 5). Demzufolge wird die Emissionsleistung von Wärme d.h. für Emissionen zwischen den Bereichen 10^-6- 10^-3m, mit den Frequenzen zwischen 3*10¹¹ bis 3* 10¹⁴Hz auf ein Minimum reduziert (Elektromagnetische Wellenlängen in [m] Infrarot = Wärmestrahlung).

Bei Neukonstruktionen kann dieses Prinzip ebenfalls auf der Innenseite des Stahlmantels angewendet werden. (s. Fig. 2 , 6)

Mit der Rohraußenseite (Fig. 2, 3) werden in geeigneten Abständen "Wärmeschlösser" (Fig. 2, 7) in geeigneter Größe als Aufnahme für die "Rorationsmasten" starr und fest verbunden (Fig. 2, 8).

Das "Wärmeschloß" besteht aus einem kubischen Käfig an dessen oheren Fläche ein Schlitz offen gelassen ist, durch den der Rotationsanker bei der Montage geschoben werden kann (Fig. 4A, 13).
Als Material hierfür kommen Stähle mit einem Ausdehnungskoeffizienten von ca. a = 12 in Frage. An den Innenkanten werden Klemmstücke aus einem Werkstoff mit höberer Wärmedehnung von ca. a >= 20 eingepasst (Fig. 4A, 14).
Hierin sitzt ein zweigeteilter Steinblock, in dessen Mitte eine für den "Rotationsanker" passende Aussparung gelassen wurde (Fig. 4A, 15). Die Zweiteilung ist der Montagemöglichkeit geschuldet. Es sind also auch andere Varianten denkbar.
Bei Heizen des Ofens und bereits leichter Erwärmung wird die Aufnahme für die Anker im Käfig mittels Wärmedehnung fest verkeilt.
Durch sehr kleine Kontaktflächen findet nur eine begrenzte Erwärmung des Schamottsteines statt. Mit der Isolierungswirkung des Steins gelangt nur sehr wenig Wärmeenergie in den "Rotationsmast" Die Verluste durch Wärmeübergang nach außen werden also minimiert, da kein direkter Kontakt zur Wärmequelle mehr existiert.

In den "Wärmeschlössern" sitzen die "Rotationsmasten", auf denen die Außenhülle befestigt ist und an denen gasgefüllte Ballons (Gasbags) aus einem geeignet dichten, reißfestem sowie den Umgebungsbedingungen entsprechend warme- und alterungsbeständigem Material angebracht werden (Fig. 3, 11). Auf dem oberen Ende der Masten sitzt eine Vorrichtung, an der die Außenhülle befestigt werden kann. Hier werden aus Instandhaltungsgründen lösbare Verbindungen verwendet.
Der Raum zwischen Rohroberfläche und Außenhülle der Dämmung wird so mit stehendem Gas gefüllt, dessen Wärmeleitfähigkeit bei 20°C weniger als 0,05 W/m²K beträgt.
Die Dimension der Gasbags muß so gewählt sein, daß sie bei Betriebstemperatur den Raum zwischen Rohr und Außenhülle möglichst ganz ausfüllen.
Da die Temperatur in den Gasbags abhängig von ihrer Lage und der Betriebstemperatur ist, muss der Anfangsdruck entsprechend ihrer Position eingestellt werden. Bags auf der Innenseite haben dann, bei 10 °C, eine Füllung von z.B. 0,1 bar. Während Bags auf der Außenseite auf 0,8 - 0,9 bar eingestellt werden.

Der "Rotationsmast" (Fig. 4B, 16) besteht aus einem U-Winkel, dessen unteres Ende im "Wärmeschloß" (Fig. 4.B) verkeilt ist und auf dessen oberen Ende die Außenhülle (Fig. 3, 12 u. 18) aufliegt und befestigt werden kann.
Am langen Schenkel sind die Gasbags an Ösen (Fig. 4B, 17) befestigt. Als Material eignen sich vergütete oder veredelte Stähle sowie Karbonfasern bzw. Kohlenstefffaserstoffe.

Eine Außenhülle aufgebracht auf die Rotationsmasten mit dem Zweck, die Gasballons in Ihrer Position zu halten, Konvektion im Dämmsystem zu unterbinden und die Dämmschicht vor äußeren Einflüssen zu schützen. Das Material der Hülle besteht aus geeignet dichtem, reißfestem sowie den Umgebungsbedingungen entsprechend wärme- und alterungsbeständigem Material wie veredelten Blechen oder Gewebearten.

Der Vorteil der Erfindung liegt neben der Energieeinsparung im Handel von Zertifikaten und Emissionsrechten. Außerdem werden Abfallprodukte wie Nitride, Carbide und Boride reduziert. Darüber hinaus werden die Anlage, die Mitarbeiter und die Umwelt geschont.
Energieverbrauch bezogen auf die Zementindustrie
Für die Herstellung von Zement sind ungefähr 3000 kJ/kg notwendig.
Das Einsparungspotential für den Betrieb eines Drehofens wird auf mindestens 10 % geschätzt.
Das Einsparungspotential für die Endprodukte Zement und Klinker wird auf mindestens 5 % geschätzt.

1

Stahlring des Drehrohrofens

2

feuerfeste Ringmauer

3

Rohroberfläche

4

Einzelner (Schamott) Stein

5

Umfangsschicht mit niedrigem Emissionsgrad für Wärmestrahlung

6

Umfangsschicht mit hohem Reflexionsgrad für Wärmestrahlung

7

Wärmeschloß

8

starre Verbindung (hier: Schweißnaht)

9

Dämmschicht aus ruhendem Gas

10

veredelte Oberflächenbeschichtung. D.h. 5 und 6 werden zur sogenannten Infrarotsperre zusammengefasst.

11

Gasballon bzw. Gasbags

12

Außenhülle

13

Stahlkäfig

14

Keile

15

Steinblock

16

Rotationsmast

17

Öse für Gasballons

18

Außenhülle