DE3441361C2

DE3441361C2 - Verfahren und Einrichtung zum Abkühlen von stückigem Material

Info

Publication number: DE3441361C2
Application number: DE3441361A
Authority: DE
Inventors: Björn Sala Hammerskog; Göran Mthisson; Sven Hofors Santén
Original assignee: SKF Steel Engineering AB
Current assignee: SKF Steel Engineering AB
Priority date: 1984-08-24
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1987-05-07
Also published as: BR8406070A; DE3441361A1; AU3525584A; NO159294C; SE450774B; CA1251040A; GB8427965D0; AU564207B2; BE901157A; KR860001888A; FR2569425A1; IT8423372A1; ES538143A0; ES8607413A1; GB2165038A; NO844798L; US4624059A; CN85103266A; IN162433B; SE8404220L

Abstract

Zum Kühlen von stückigem Material wird das Material in einem vertikalen gasdichten Kühlbehälter zunächst einem querlaufenden Kühlstrom und alsdann einem im Gegenstrom laufenden Kühlstrom ausgesetzt. Optimale Kühlung wird durch eine derartige Aufteilung des Kühlgases zwischen dem querlaufenden und dem im Gegenstrom laufenden Kühlstrom erreicht, daß eine Maximaltemperatur in dem den Kühlbehälter durch den Auslaß verlassenden Kühlgas erzielt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Abkühlen von stückigem Material, insbesondere von Schwammeisen, pelletisiertem Sintergut und dgl. von einer Temperatur von 700-1000°C auf eine Temperatur von unter 100°C, wobei das stückige Material von einer vorhergehenden Bearbeitungsanlage dem Kopf eines Vertikalkühlers über eine mit einem Ventil versehene Speiseleitung zugeführt wird und mit kaltem zentral in den Vertikalkühler eingespeistem Kühlgas in Kontakt gebracht wird, welche das Material im Gegenstrom durchströmt, woraufhin das abgekühlte Material durch eine mittig im Boden des Vertikalkühlers angeordnete Abzugseinrichtung abgezogen wird.

Bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Durchführung (DE-OS 24 61 402 und US-PS 38 36 131) wird das Kühlgas über eine mantelseitige Ringleitung zugeführt. Es durchströmt das stückige Material im wesentlichen im Gegenstrom. Diese Einrichtungen arbeiten jedoch nicht zufriedenstellend, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Temperatur des die Einrichtung verlassenden Materials, da diese Temperatur sich innerhalb weiter Grenzen ändert. Um die Forderung nach einer sehr hohen Temperatur des ausströmenden Gases zu erfüllen, ist daher ein beträchtlicher Überschuß an Kühlgas erforderlich. Trotzdem kann es vorkommen, daß das Material mit einer die gewünschte Maximaltemperatur überschreitenden Temperatur den Vertikalkühler verläßt. Dies ist äußerst unbefriedigend, insbesondere beim Abkühlen von Schwammeisen, in welchem Fall die Teilchen sich bei Kontakt mit Luft oder Feuchtigkeit bei Temperaturen von über etwa 100°C entzünden und reoxidiert werden. Dies ist hauptsächlich deshalb der Fall, da die Viskosität des Kühlgases mit der Temperatur ansteigt, so daß eine ungleichmäßige Verteilung des Kühlgasstromes verursacht wird.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, durch welches im wesentlichen stückiges Material auf eine gleichmäßige Temperatur am Ausgang abgekühlt werden kann, wobei jedes Teilchen eine Temperatur unter einer vorgesehenen Maximaltemperatur aufweist und gleichzeitig die Kühlwirkung des Gases optimierbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein erster Kühlgasstrom in den oberen Teil des Vertikalkühlers geleitet und in eine Strömung quer zur Fließrichtung des stückigen Materials gebracht wird und ein zweiter Kühlgasstrom in den unteren Teil des Vertikalkühlers geleitet und in einen Gegenstrom zu dem den Vertikalkühler durchfließenden Material gebracht wird, wobei die Intensität des ersten und des zweiten Kühlgasstromes im umgekehrten Verhältnis zueinander gesteuert wird, um einen optimalen Kühleffekt zu erreichen.

Das verbrauchte oder aufgeheizte Kühlgas wird durch einen oberen Gasauslaß abgesaugt, wobei die Temperatur des abströmenden Kühlgases durch Thermoelemente oder äquivalente Elemente festgestellt wird. In diesem Fall wird das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlgasstrom entsprechend der Temperatur im Gasauslaß gesteuert, und zwar mittels eines selbstoptimierenden Steuersystems, welches ein oder mehrere in den Einlaßrohren für das Kühlgas angeordnete Steuerventile beeinflußt.

Nach einem Vorschlag der Erfindung wird das heiße Kühlgas, welches das System verläßt und Staubteilchen enthält, gereinigt und für erneuten, zumindest partiellen Umlauf komprimiert.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung läßt man das stückige Material im Vertikalkühler unter der Schwerkraft mit einer Geschwindigkeit durchlaufen, welche durch eine Abzugseinrichtung im Boden des Kühlers bestimmt wird. Der Gesamtstrom des Kühlgases wird dann im Verhältnis zur durch diese Abzugseinrichtung bestimmten Produktionsrate gesteuert.

Beim Abkühlen von Schwammeisen wird vorzugsweise ein Gas als Kühlgas verwendet, welches hauptsächlich N&sub2; und/oder CO&sub2;, wahlweise mit Zusatz von CO und H&sub2;, enthält und als Kühlgas zum Abkühlen von Schwammeisen verwendet wird. Zum Abkühlen von pelletisiertem Sintergut kann Luft als Kühlgas verwendet werden.

Teilchen, welche größer als ca. 25 mm sind, werden, z. B. durch ein Sieb oder dgl., vor dem Einlaß zum Kühler ausgeschieden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h. zum Abkühlen von stückigem Material, besitzt einen senkrechten, isolierten, gasdichten, zylindrischen Behälter mit einem konischen Boden und eine mit einem Ventil versehenen Eintrittsleitung, wobei sich das Material in diesem Behälter unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten bewegt, und eine im Boden des Vertikalkühlers angeordnete Abzugseinrichtung, welche die Strömungsrate des Materials bestimmt sowie einen im Bereich des konischen Bodens mittig unter der Speiseleitung angeordneten Gasverteiler mit konischer Leitfläche und darunter mündender Zuführleitung für einen Kühlgasstrom und einen oberen Gasauslaß für das den Behälter verlassende Gas.

Nach der Erfindung ist der Aufbau der Vorrichtung so getroffen, daß zentral im Behälter ein weiterer Gasverteiler mit konischer Leitfläche zwischen dem Beschickrohr und dem anderen Gasverteiler angeordnet ist, und daß unter dieser Leitfläche eine Zuführleitung für Kühlgas mündet, welches quer zu dem durch den Behälter nach unten fließenden stückigen Material strömt.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Spitzenwinkel der konischen Leitfläche derart eingestellt, daß er mit dem Schüttwinkel des zugeführten stückigen Materials übereinstimmt. Die Leitfläche verteilt dann das einströmende stückige Material gleichmäßig im zylindrischen Kühler. Durch Einstellung des Abstandes zwischen der Mündung des Beschickrohres und der Spitze der konischen Leitfläche läßt sich die Dicke der Materialschicht, welche an der konischen Leitfläche im Querstrombereich des Kühlers vorbeifließt, steuern.

Die Länge und der Durchmesser des Beschickrohres sind zweckmäßig derart eingestellt, daß eine Materialsäule im Beschickrohr stehenbleibt und das Kühlgas gegenüber weiter oben liegenden Bearbeitungsanlagen absperrt.

Der Gasverteiler im unteren konischen Teil des Behälters, d. h. im Gegenstrombereich des Vertikalkühlers, ist mit wenigstens einem nach unten weisenden Gasaustritt versehen, von welchem aus das Gas nach oben im Gegenstrom zu dem stückigen Material strömt, welches durch den Ringspalt zwischen dem unteren konischen Boden des Behälters und dem Gasverteiler abwärtsgleitet. Erforderlichenfalls ist der Gasverteiler mit mehreren kreisringförmigen Gasaustritten mit abnehmendem Durchmesser versehen. Die Aufteilung des Gasstromes durch diese kreisringförmigen Gasaustritte ist mittels Drosselscheiben gesteuert.

Im unteren Teil des Kühlers ist ein Materialauslaß angeordnet, welcher die Durchflußrate des Materials durch den Kühler bestimmt. Vorzugsweise ist an der Mündung des Kühlers eine Wanne angeordnet, in welcher eine Zufuhr für ein Dichtgas angeordnet werden kann. Dadurch wird ein Druckausgleich erreicht und verhindert, daß das Kühlgas nach unten ausströmt statt nach oben im Gegenstrom zum Material. Das Abzugsrohr des Behälters kann die Form eines Dichtrohres aufweisen, wobei der Druckabfall über eine Materialsäule im Rohr ein Entweichen des Kühlgases verhindert.

Die Abzugseinrichtung kann vorzugsweise aus einem Zellenrad bestehen, welches eine Materialsäule bei einem Stillstand tragen kann.

Weitere Besonderheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung, deren einzige Figur einen schematischen Querschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt.
Die Figur zeigt einen Vertikalkühler zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines senkrechten zylindrischen Behälters 1 mit einem sich konisch verjüngenden Boden 2. Der Behälter 1 ist zumindest teilweise mit einer feuerfesten Auskleidung 3 versehen und ist außerdem gasdicht ausgebildet.
Der Vertikalkühler ist hauptsächlich für stückiges Material mit Teilchengrößen von ca. 4-25 mm und einem feinstückigen Anteil von ca. 10-15%, d. h. mit Teilchengrößen von weniger als 4 mm, ausgelegt.
Stückiges Material wird in den Behälter 1 durch eine Speiseleitung 4 eingespeist, wobei Teilchen mit einer Größe von mehr als ca. 25 mm mit einem Sieb 5 oder dgl. ausgeschieden werden, bevor sie in den Vertikalkühler gelangen. Die Speiseleitung weist ein gasdichtes Absperrventil 6 auf. Das an die Speiseleitung 4 anschließende Beschickrohr 7 ist vorzugsweise vertikal einstellbar, wie dies nachstehend noch zu beschreiben sein wird.
Das in den Behälter 1 einfließende stückige Material 8 trifft auf eine konische Leitfläche 9, deren Spitzenwinkel im wesentlichen mit dem Schüttwinkel des Materials übereinstimmt. Die konische Leitfläche 9 besteht aus Metallblech, ist im Behälter 1 mittig angeordnet und fluchtet mit der Symmetrieachse der Speiseleitung 4. Auf diese Weise wird das Material gleichmäßig im zylindrischen Behälter verteilt. Durch Einstellung des Abstandes zwischen der Mündung des Beschickrohres 7 und der Leitfläche 9 sowie durch Einstellung des Durchmessers des Beschickrohres 7 entsprechend dem zu kühlenden stückigen Material läßt sich das Beschickrohr 7 zumindest teilweise mit Material gefüllt halten, und wirkt dadurch als Gassperre. Außerdem beeinflußt der Abstand direkt die Dicke der Materialschicht 10, welche an der konischen Leitfläche 9 vorbeifließt.
Unter der konischen Leitfläche 9 sitzt eine Gaszuführungsleitung 11 mit Öffnungen 12. Das Gas wird von dem Raum unter der konischen Leitfläche 9 über das bereits nach unten geflossene Material verteilt und strömt quer durch die Materialschicht 10 zu einem Gasauslaß 13.
Das Kühlgas wird dem Vertikalkühler über eine Eintrittsleitung 16 zugeführt, welche ein Gebläse 14 und ein Steuerventil 15 aufweist. Diese Eintrittsleitung ist in eine erste Zufuhrleitung 18 mit einem Steuerventil 17, durch welche das Kühlgas unter die konische Leitfläche 9 geleitet wird, und eine zweite Zufuhrleitung 19 aufgeteilt, durch welche das Kühlgas einem Gasverteiler 20 zugeführt wird, welcher im Bereich des konisch verjüngten Bodens 2 als Gegenstromteil des Vertikalkühlers angeordnet ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Gasverteiler 20 aus einer oberen Verteilerkammer 21, welche sich zum Behälterboden hin erweitert. Unter dieser Kammer sind konzentrische Rohre 22 und 23 angeordnet, welche einen oder mehrere Ringspalte 24, 25 für die Gaszufuhr sowie einen zentralen Gasaustritt 26 bilden, von denen aus das Kühlgas im Gegenstrom zum Material nach oben geleitet wird, welches durch den Ringspalt 27 zwischen dem Gasverteiler 20 und dem konischen Boden 2 des Behälters 1 hindurchfließt. Die Aufteilung des Gasstromes durch die Ringspalte 24 und 25 sowie den zentralen Gasaustritt 26 werden durch Drosselscheiben oder dgl. gesteuert. Das Kühlgas wird dann zusammen mit dem aus dem Querstrombereich kommenden Kühlgas durch den gemeinsamen Gasauslaß 13 abgezogen.
Das abgekühlte Material verläßt den Kühler durch einen zentralen Auslaß 28, wobei es eine Wanne 29 und ein Abzugsrohr 30 durchläuft. Die Länge und der Durchmesser des Abzugsrohres wird derart eingestellt, daß eine Materialsäule das Ausströmen des Kühlgases verhindert. Die Wanne 29 wird beim Abkühlen von Schwammeisen eingesetzt, in welchem Fall eine Zufuhrleitung 31 für ein Dichtgas in Form von H&sub2; und/oder CO&sub2; vorgesehen ist.
Wenn zum Abkühlen von pelletisiertem Sintergut Luft als Kühlgas verwendet wird, wird keine Wanne und auch kein Dichtgas verwendet.
Eine Abzugseinrichtung 32, welche die Geschwindigkeit, mit welcher das Material den Vertikalkühler durchfließt, bestimmt, ist im unteren Ende des Abzugsrohres 30 angeordnet. Diese Abzugseinrichtung kann beispielsweise aus einem Zellenrad 32 bestehen, welches für den Fall, daß die Produktion angehalten wird, eine Materialsäule im Abzugsrohr 30 tragen kann.
Das Staubteilchen enthaltende Kühlgas kann in einem Gaswäscher 33 gereinigt werden und wird dann zumindest teilweise komprimiert und dem Vertikalkühler erneut zugeführt.
Der Gesamtstrom an Kühlgas wird durch die Gesamtproduktion bestimmt, welche ihrerseits durch die Abzugseinrichtung 32 gesteuert wird. Die Aufteilung des Kühlgases zwischen der Querstrom- und der Gegenstromzone im Vertikalkühler kann gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mittels eines selbstregelnden Steuersystems 35 bewirkt werden. Der beste Kühleffekt wird bei einer Maximaltemperatur des den Behälter 1 verlassenden Kühlgases erreicht, indem die Temperatur des ausströmenden Gases mit Hilfe von Thermoelementen 34 oder dgl. festgestellt wird, wobei der Gesamtstrom an Kühlgas zwischen dem Querstrom und dem Gegenstrom mittels des Steuerventils 17 in der ersten Zufuhrleitung 18 für das Kühlgas und mit Hilfe eines Steuersystems 35 optimiert werden.
Zum Abkühlen von Schwammeisen wird vorzugsweise ein Kühlgas verwendet, welches hauptsächlich aus N&sub2; und/oder CO&sub2;, wahlweise unter Zusatz von CO und H&sub2;, besteht. Zum Abkühlen von pelletisiertem Sintergut kann Luft verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Kühlen von stückigem Material, insbesondere von Schwammeisen oder pelletisiertem Sintergut, von einer Temperatur von 700 bis 1000°C bis auf eine Temperatur unter 100°C, bei welchem das stückige Material von einer vorhergehenden Bearbeitungsanlage dem Kopf eines Vertikalkühlers über eine mit einem Ventil versehene Speiseleitung zugeführt wird und mit kaltem, zentral in den Vertikalkühler eingespeistem Kühlgas in Kontakt gebracht wird, welches das Material im Gegenstrom durchströmt, woraufhin das gekühlte Material durch eine mittig im Boden des Vertikalkühlers angeordnete Abzugseinrichtung abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Kühlgasstrom in den oberen Teil des Vertikalkühlers geleitet und in eine Strömung quer zur Fließrichtung des stückigen Materials gebracht wird und ein zweiter Kühlgasstrom in den unteren Teil des Vertikalkühlers geleitet und in einen Gegenstrom zu dem den Vertikalkühler durchfließenden Material gebracht wird, wobei die Intensität des ersten und des zweiten Kühlgasstromes im umgekehrten Verhältnis zueinander gesteuert wird, um einen optimalen Kühleffekt zu erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas durch einen oberen Gasauslaß abgesaugt wird, in welchem die Temperatur des ausströmenden Kühlgases durch Thermoelemente oder äquivalente Elemente festgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlgasstrom in Abhängigkeit von der Temperatur im Gasauslaß mittels eines selbstoptimierenden Steuersystems gesteuert wird, welches ein oder mehrere Steuerventile beeinflußt, welche in den Eintrittsleitungen für das Kühlgas angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des Kühlgases auf den ersten und den zweiten Kühlgasstrom derart gesteuert wird, daß in dem ausströmenden Kühlgasstrom eine Maximaltemperatur erzielbar ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Staubteilchen enthaltende heiße Kühlgas gereinigt und komprimiert wird und dann zumindest partiell wieder in Umlauf gebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stückige Material den Vertikalkühler unter der Schwerkraft mit einer Geschwindigkeit durchläuft, welche durch eine Abzugseinrichtung im Boden des Kühlers bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtstrom des Kühlgases im Verhältnis zur Produktionsrate gesteuert wird, welche durch die Abzugseinrichtung des Vertikalkühlers bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas im wesentlichen N&sub2; und/oder CO&sub2;, wahlweise mit Zusatz von CO und H&sub2; enthält und als Kühlgas zum Abkühlen von Schwammeisen verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Luft als Kühlgas zum Abkühlen von pelletisiertem Sintergut verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Größe von ca. 25 mm überschreitende Teilchen vor dem Einlaß in den Kühler abgeschieden werden.

11. Einrichtung zum Abkühlen von stückigem Material, wie insbesondere von Schwammeisen oder pelletisiertem Sintergut, von einer Temperatur von 700 bis 1000°C auf eine Temperatur unter 100°C, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem senkrechten, isolierten, gasdichten, zylindrischen Behälter mit einem konischen Boden und einer mit einem Ventil versehenen Eintrittsleitung, wobei das Material sich in diesem Behälter unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten bewegt, und einer im Boden des Vertikalkühlers angeordneten Abzugseinrichtung, welche die Strömungsrate des Materials bestimmt, sowie mit einem im Bereich des konischen Bodens mittig unter der Speiseleitung angeordneten Gasverteiler mit konischer Leitfläche und darunter mündender Zuführleitung für einen Kühlgasstrom und einem oberen Gasauslaß für das den Behälter verlassende Gas, dadurch gekennzeichnet, daß zentral im Behälter (1) ein weiterer Gasverteiler mit konischer Leitfläche (9) zwischen dem Beschickrohr (7) und dem anderen Gasverteiler angeordnet ist, und daß unter dieser Leitfläche (9) eine Zuführleitung (18) für Kühlgas mündet, welches quer zu dem durch den Behälter (1) nach unten fließenden stückigen Material strömt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel der konischen Leitfläche (9) mit dem Schüttwinkel des in den Behälter (1) hineinfallenden stückigen Materials (8) übereinstimmt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und der Durchmesser des Beschickrohres (7) derart eingestellt sind, daß eine Materialsäule im Beschickrohr (7) stehenbleibt und das Kühlgas gegenüber weiter oben liegenden Bearbeitungsanlagen absperrt.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschickrohr (7) stets derart angeordnet ist, daß es zumindest teilweise mit stückigem Material gefüllt ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der an der konischen Leitfläche (9) vorbeifließenden Materialschicht (10) im Querstrombereich des Vertikalkühlers dadurch steuerbar ist, daß der Abstand zwischen der Mündung des Beschickrohres (7) und der Spitze der einstellbaren Leitfläche (9) einstellbar ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (20) im unteren konischen Teil des Behälters wenigstens einen nach unten weisenden Gasaustritt (26) besitzt von welchem aus das Gas im Gegenstrom zum Material strömt, welches durch den Ringspalt (27) zwischen dem konischen Boden (2) des Behälters (1) und dem Gasverteiler (20) abwärtsgleitet.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (20) mit mehreren Gasaustritten (26, 24) mit abnehmendem Durchmesser versehen ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom in den Gasaustritten (26, 24) durch darin angeordnete Drosselscheiben steuerbar ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,daß die Gasaustritte (24, 25, 26) durch konzentrische Rohre (22, 23) gebildet sind.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Gassperre in Form einer am Auslaß (28) des Vertikalkühlers angeordneten Wanne (29) und einem damit verbundenen Abzugsrohr (30) mit einer derartigen Länge und Durchmesser besteht, daß die Materialsäule im Abzugsrohr (30) wesentlich das Abströmen von Kühlgas verhindert.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zufuhrleitung (31) für Dichtgas in der am Auslaß (28) des Behälters (1) angeordneten Wanne (29) vorgesehen ist, um einen Druckausgleich zu erreichen.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21 dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugseinrichtung am Auslaß (28) des Vertikalkühlers aus einem Zellenrad (32) besteht.