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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Magnetitgehalts eines Sinterprodukts für den Hochofenprozess, das Eisenerz und Zusatzstoffe aufweist.
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Hochöfen für die Roheisengewinnung werden mit sogenanntem Fertigsinter beschickt, der durch Sinterung eines Gemischs, das u.a. Erze, Kohlenstoffe und Zuschlagsstoffe umfasst, gebildet wird. Da die metallurgischen und mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit, des Fertigsinters für den Hochofenprozess von Bedeutung sind und der Magnetitanteil im Fertigsinter mit den metallurgischen und mechanischen Eigenschaften korreliert werden kann, besteht ein besonderes Interesse an der Bestimmung des Magnetitgehalts im Fertigsinter. Zwar lässt sich der Magnetitgehalt z.B. durch chemische Analyse anhand der Bestimmung des FeO-Gehalts ermitteln, dies ist aber aufwendig und verzögert die Durchführung der sich anschließenden Prozesse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Magnetitgehalts des Sinterprodukts zu schaffen, das sich einfach handhaben lässt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Magnetitgehalt durch Induktion eines Wirbelstroms in dem Sinterprodukt und Ermittlung eines dadurch erzeugten Magnetfelds bestimmt wird, wobei die Magnetitgehaltsbestimmung beim Transport mittels einer Fördereinrichtung erfolgt und eine Einrichtung zur Induktion des Wirbelstroms und/oder zur Messung des dadurch erzeugten Magnetfelds unterhalb der Fördereinrichtung angeordnet wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann wie bei der Wirbelstromprüfung, die u.a. zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung benutzt wird, mittels einer Spule, insbesondere einer Sendespule, ein wechselndes Magnetfeld erzeugt werden, welches in dem Sinterprodukt, insbesondere in dem dort vorliegenden Magnetit, Wirbelströme induziert. Mittels eines geeigneten Sensors, der eine Spule, insbesondere eine Empfangsspule, umfassen kann, kann das durch die Wirbelströme erzeugte Magnetfeld detektiert werden. Dadurch können Rückschlüsse auf den Magnetitgehalt im Sinterprodukt gezogen werden. Zur Durchführung der Bestimmung können die an sich aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen zur Wirbelstromprüfung, z.B. eine Wirbelstromprüfungssendespule und/oder eine Wirbelstromprüfungsempfangsspule, verwendet werden. Ein geeigneter Sensor könnte ferner ein Fluxgate-Magnetometer, ein GMR-Sensor oder ein SQID sein.
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Vorteilhaft ist der Aufwand zur Bestimmung des Magnetitgehalts im Vergleich zu einer chemischen Analyse geringer und die Messzeiten können von mehreren Stunden auf wenige Minuten verkürzt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Spule, insbesondere die Sendespule und/oder die Empfangsspule, eine Luftspule oder eine Spule mit, insbesondere weichmagnetischem, Kern, vorzugsweise Ferritkern.
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Die Einrichtung zur Induktion des Wirbelstroms und/oder zur Messung wird zweckmäßigerweise unter der Fördereinrichtung, insbesondere unter einem Förderband der Fördereinrichtung, angeordnet. Es hat sich als besonders vorteilhaft für die Handhabbarkeit und Genauigkeit der Magnetitgehaltsbestimmung erwiesen, die Spule und/oder den Sensor vollständig unterhalb, vorzugsweise unter, der Fördereinrichtung anzuordnen. Vorzugsweise sind die Spule und/oder der Sensor unter der Fördereinrichtung nicht seitlich versetzt zu der Fördereinrichtung, insbesondere nicht seitlich versetzt zu dem Förderband, angeordnet.
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Besonders vorteilhaft sind zumindest die Spule und/oder der Sensor unmittelbar unter der Fördereinrichtung, insbesondere dem Förderband, angeordnet.
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Die Anordnung unterhalb der Fördereinrichtung eignet sich besonders gut, weil sich die Vorrichtung in einem im Wesentlichen konstanten Abstand zu dem zu untersuchenden Sinterprodukt anordnen lässt. Bevorzugt wird die Spule und/oder der Sensor derart vorgesehen, dass ein von der Spule umschlossener Bereich unter der Fördereinrichtung, insbesondere unter einem Förderband der Fördereinrichtung, angeordnet ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Spule zur Induktion des Wirbelstroms und/oder die Spule der Ermittlungseinrichtung derart angeordnet, dass die jeweilige Spulenachse senkrecht zu einer Ebene angeordnet ist, auf welcher das Sinterprodukt in der Fördereinrichtung, insbesondere auf dem Förderband, angeordnet ist.
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Es versteht sich, dass die Spule und/oder der Ermittlungseinrichtung zweckmäßigerweise derart angeordnet sind, dass ein mittels der Spule erzeugtes Magnetfeld und/oder ein mittels des Sensors erfasster Messraum ein Volumen umfasst, in welchem das Sinterprodukt in der der Fördereinrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Volumen ein direkt an das Förderband angrenzender Förderraum, in welchem das Sintermaterial angeordnet ist.
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In dem Bereich, in dem die Bestimmung durchgeführt wird, ist die Fördereinrichtung, insbesondere das Förderband und Fördermittel der Fördereinrichtung wie Förderrollen oder ein Traggerüst, zweckmäßigerweise frei von elektrisch leitfähigem Material und/oder magnetischem oder magnetisierbarem, insbesondere ferro- oder ferrimagnetischem, Material oder weist höchstens eine derart geringe Menge an dem elektrisch leitfähigem Material und/oder dem magnetischen oder magnetisierbaren, insbesondere ferro- oder ferri-magnetischen, Material auf, dass die Bestimmung von einer Wechselwirkung damit unbeeinflusst ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zur Kalibrierung der Magnetitgehaltsbestimmung zumindest eine weitere Eigenschaft des Sinterprodukts ermittelt. Die weitere Eigenschaft, die zusätzlich zu dem Magnetitgehalt bestimmt wird, wird zweckmäßigerweise zur, insbesondere automatischen, Kalibrierung benutzt.
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Die Kalibrierung anhand der weiteren Eigenschaft des Sinterprodukts berücksichtigt, dass sich mehrere Faktoren teilweise erheblich auf die Ergebnisse der Magnetitgehaltsbestimmung auswirken. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass sich dank der Kalibrierung auch vergleichsweise geringe Magnetitgehalte zuverlässig bestimmen lassen. So lassen sich sogar Magnetitgehalte < 10 Vol.-%, die bspw. bei einer Sinterbasizität > 2 auftreten, bestimmen.
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Während es vorstellbar wäre, das Sinterprodukt zu pressen und die Magnetitgehaltsbestimmung an einem gepressten Prüfkörper durchzuführen, wird die Magnetitgehaltsbestimmung in der bevorzugten Ausführungsform an einer Schüttung des Sinterprodukts durchgeführt. Die Agglomeratgröße des Sinterprodukts hat, u.a. weil sie das Hohlraumvolumen in der Schüttung bestimmt, erhebliche Auswirkungen auf das Ergebnis der Messung des Magnetfeldes. Um besonders gute Ergebnisse der Magnetitgehaltsbestimmung zu erhalten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Bestimmung an möglichst kleinen Sinterproduktagglomeraten durchzuführen. Besonders bevorzugt wird die Bestimmung an Sinterprodukt einer Agglomeratgröße ≤ 10 mm, vorzugsweise ≤ 7,5 mm, besonders bevorzugt ≤ 5 mm, durchgeführt.
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Bei den üblicherweise verwendeten Sinteranlagen, in welchen das Sinterprodukt hergestellt wird, fällt das Sinterprodukt normalerweise in unterschiedlichen Agglomeratgrößenbereichen an. Der sogenannte Fertigsinter, der in den Hochofen gegeben wird, weist üblicherweise eine Agglomeratgröße > 5 mm auf. Der sogenannte Rostbelag, der vorzugsweise zuerst auf die Rostoberfläche des Sinterbandes aufgelegt wird und auf den dann die Sinterrohmischung aufgegeben wird, hat üblicherweise eine Agglomeratgröße von 15 bis 25 mm. Das sogenannte Rückgut, das vorzugsweise zur Erstellung des zu sinternden Gemischs verwendet wird, weist üblicherweise eine Agglomeratgröße < 5 mm auf, abhängig von der jeweiligen Sinteranlage können die Agglomeratgrößen allerdings differieren. Das Rückgut kann ein im Zuge der Sinterherstellung abgesiebtes Zwischenprodukt sein. Da es sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat, den Magnetitgehalt an Sinterprodukt mit den obengenannten relativ kleinen Agglomeratgrößen zu bestimmen, wird die Magnetitgehaltsbestimmung in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an dem Rückgut, besonders bevorzugt einer Agglomeratgröße < 5 mm, durchgeführt. Dies hat neben der für die Bestimmung an sich gut geeigneten Agglomeratgröße den weiteren Vorteil, dass das Rückgut eine vergleichsweise einheitliche Agglomeratgröße und dementsprechend eine geringe Agglomeratgrößenverteilung aufweist. Ferner ist eine gezielte Kühlung des Rückguts nicht unbedingt notwendig. Darüber hinaus lässt sich die Messung aufgrund der normalerweise gegebenen räumlichen Gegebenheiten in dem Teil der Sinteranlage, in dem das Rückgut gefördert wird, die Magnetitgehaltsbestimmung ohne weiteres durchführen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Spule, insbesondere die Sendespule und/oder die Empfangsspule, einen Wicklungsdurchmesser auf, der mindestens 3 mal, vorzugsweise 5 mal, besonders bevorzugt 7 mal, so groß ist wie die, insbesondere mittlere, Agglomeratgröße des Sinterprodukts. Zweckmäßigerweise beträgt der Wicklungsdurchmesser mindestens 15 mm, vorzugsweise mindestens 20 mm.
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Zweckmäßigerweise wird zur Kalibrierung der Magnetitgehaltsbestimmung die Agglomeratgröße des zu bestimmenden Sinterprodukts bestimmt. Es hat sich als vorteilhaft für die Kalibrierung erwiesen, die Korngrößenverteilung der Agglomerate zu messen. Die Messung kann mit einem geeigneten, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wie Sieben durchgeführt werden. Ferner könnte eine optische Bestimmung, z. B. mittels einer Kamera, erfolgen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine räumliche Anordnung, die das Sinterprodukt bei der Magnetitgehaltsbestimmung, insbesondere in Bezug auf die Spule und/oder auf den Sensor, einnimmt, als die weitere Eigenschaft bestimmt.
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Zweckmäßigerweise wird die räumliche Anordnung in einer Schüttung von Körnern und/oder Agglomeraten des Sinterprodukts bestimmt. Die räumliche Anordnung umfasst zweckmäßigerweise die Höhe, die Breite und/oder die Form der Anordnung des Sinterprodukts, insbesondere der Schüttung, und/oder den Abstand des Sinterprodukts von der Spule und/oder dem Sensor.
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Es versteht sich, dass die räumliche Anordnung für den Bereich ermittelt wird, in dem der Magnetitgehalt des Sinterprodukts bestimmt wird und dementsprechend der Wirbelstrom induziert und das Magnetfeld gemessen wird.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Magnetitgehalt kontinuierlich während einer Förderung des Sinterprodukts bestimmt. Eine solche Förderung erfolgt, insbesondere für die Schüttung, zweckmäßigerweise mittels einer Fördereinrichtung wie einem Förderband.
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Die räumliche Anordnung kann die Form sein, welche die Schüttung in der Fördereinrichtung, insbesondere auf dem Förderband, einnimmt. Die Form kann beispielsweise die Breite und/oder die Höhe, in welcher das Sinterprodukt in der Fördereinrichtung angeordnet ist, eine Formung, welche das Sinterprodukt, insbesondere die Schüttung, in einem Bereich, in dem sie auch in der Fördereinrichtung aufliegt, und/oder eine Formung der oberen Seite des Sinterprodukts, insbesondere der Schüttung, welche ggf. freiliegt, umfassen.
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Während es vorstellbar wäre, die räumliche Anordnung des Sinterprodukts mittels eines Ultraschallsensors, eines Radars o. dgl. zu bestimmen, wird sie in einer Ausführungsform der Erfindung optisch bestimmt, vorzugsweise mittels einer, insbesondere optischen, Messeinrichtung. Die Messeinrichtung umfasst zweckmäßigerweise eine Kamera und/oder einen Laser. Besonders eignet sich beispielsweise eine Kombination eines Lasers mit einer, bevorzugt hochauflösenden, Kamera. Ein Laserstrahl des Lasers kann entlang einer Linie geführt werden. Der Laser kann einen sogenannten Linescan durchführen und die gestreute Strahlung des Laserstrahls mittels der Kamera erfasst werden.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die räumliche Anordnung, insbesondere beim Transport mittels der Fördereinrichtung, bezogen auf das Sinterprodukt von oben oder/und von der Seite zu messen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als die weitere Eigenschaft die Temperatur des untersuchten Sinterprodukts ermittelt. Die Berücksichtigung der Temperatur des Sinterprodukts zur Kalibrierung der Magnetitgehaltsbestimmung hat sich als vorteilhaft erwiesen, da sich die Sinterprodukttemperatur auf die Ergebnisse der Bestimmung auswirkt. Während es vorstellebar wäre, die Temperatur mittels eines Temperaturfühlers zu bestimmen, wird sie zweckmäßigerweise mit einem Pyrometer oder einer Wärmebildkamera ermittelt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und den beigefügten Zeichnungen, die sich auf die Beispiele beziehen, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Magnetitgehalts eines Sinterprodukts, und
- 2 die Anordnung der Vorrichtung nach 1 im Zusammenhang mit einer Sintereinrichtung
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Magnetitgehalts eines Sinterprodukts, das zur Verwendung in einem Hochofen zur Roheisengewinnung vorgesehen ist, in zwei verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Wirbelstrombestimmungseinrichtung, die eine Erregerspule 2 und als Sensor eine Messspule 3 aufweist. Die Wirbelstrombestimmungseinrichtung ist unterhalb eines Förderbands 4 angeordnet, mittels dessen eine Schüttung 9 des zu bestimmenden Sinterprodukts transportiert wird. Sie kann dazu bspw. unter dem Förderband 4, insbesondere nicht seitlich versetzt dazu, angeordnet sein. Zur Bestimmung werden in an sich bekannter Weise wie bei der Wirbelstromprüfung mittels der Erregerspule 2 in Magnetit, das in dem Sinterprodukt enthalten ist, Wirbelströme induziert und mit der Messspule 3 Magnetfelder, die durch die induzierten Wirbelströme erzeugt werden, gemessen. Anhand der gemessenen Magnetfelder kann ein Rückschluss auf den Magnetitgehalt in dem Sinterprodukt gezogen werden.
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Da das Ergebnis der Wirbelstrombestimmung von anderen Faktoren als dem Magnetitgehalt beeinflusst werden kann, weist die Vorrichtung 1 zur Kalibrierung einer Einrichtung zur Ermittlung der Anordnung der Schüttung des Sinterprodukts bei der Bestimmung auf. Die Einrichtung umfasst zwei optische Messeinrichtungen 5,6, die derart auf den oberen, freiliegenden Bereich der Schüttung 9 gerichtet sind, dass sich die Form der Oberseite der Schüttung 9 ermitteln lässt.
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Die optischen Messeinrichtungen 5,6 können eine Kamera und/oder einen Laser umfassen. Wie oben erläutert kann ein Laserstrahl des Lasers kann entlang einer Linie geführt werden und die gestreute Strahlung des Laserstrahls mittels der Kamera erfasst werden.
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Die optische Messeinrichtung 5 ist in eine Richtung ausgerichtet, mit der die Schüttung 9 mittels einer Fördereinrichtung, die ein Förderband 4 umfasst, transportiert wird. Die optische Messeinrichtung 6 ist zur Aufnahme in Richtung senkrecht zur Förderrichtung ausgerichtet. 1 a) und b) zeigen die Sicht in Förderrichtung bzw. senkrecht zur Förderrichtung des Förderbands 4.
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Da die Anordnung des Förderbands 4 und damit die Anordnung der Schüttung 9 auf dem Förderband 4 im Verhältnis zu den Messeinrichtungen 5,6 durch das Förderband 4 festgelegt und dadurch bekannt ist, lässt sich anhand der Aufnahme der optischen Messeinrichtungen 5,6 ein Schüttvolumen, dass die Schüttung einnimmt, bestimmen und anhand des Schüttvolumens die Wirbelstrombestimmung kalibrieren.
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Für den Fall, dass die Fördereinrichtung so aufgebaut ist, dass sich die Position des Förderbands 4, z.B. abhängig von der Masse an Schüttgut, das gefördert wird, bei der Wirbelstrombestimmung ändern kann, kann zusätzlich zur Bestimmung der Position des Förderbandes 4 unterhalb des Förderbands 4 ein Abstandsmesser angeordnet sein, um die Position des Förderbands 4 zu bestimmen. Bei dem vorliegenden Beispiel ist ein Laserabstandsmesser 26 vorgesehen, der auf die Unterseite des Förderbands 4 gerichtet ist.
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Es versteht sich, dass zur Bestimmung der Anordnung der Schüttung 9 anstatt oder ergänzend zu zumindest einer der optischen Messeinrichtungen 5,6, insbesondere beider optischen Messeinrichtungen 5,6, auch zumindest ein Abstandsmesser, z.B. ein Laserabstandsmesser, ein Radar oder ein Ultraschallsensor vorgesehen sein könnte, der auf die Oberseite der Schüttung 9 gerichtet ist.
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Um die Kalibrierung weiter zu verbessern, kann eine Einrichtung zur Bestimmung der Agglomeratgröße, insbesondere der mittleren Agglomeratgröße oder der Agglomeratgrößenverteilung, vorgesehen sein. Während es vorstellbar wäre, dazu von dem geförderten Sinterprodukt einen Teil für die Prüfung abzuzweigen und die Prüfung gesondert vorzunehmen, bspw. mittels Siebung, erfolgt die Bestimmung bei der Vorrichtung 1 optisch mittels einer Kamera 8, welche die Schüttung filmt und anhand der Aufnahmen mittels eines Computerprogramms die Agglomeratgrößen- und/oder -verteilung ermittelt.
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Um die Temperatur des Sinterprodukts bei der Kalibrierung berücksichtigen zu können, kann eine Wärmebildkamera 7 vorgesehen sein, die auf die Schüttung 9 gerichtet ist. Alternativ könnte die Temperatur mittels eines Temperaturfühlers oder eines Pyrometers gemessen werden.
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Zur Bestimmung des Magnetitgehalts des Sinterprodukts 9 werden die mit der Wirbelstrombestimmungseinrichtung bestimmten Ergebnisse anhand der Ergebnisse der Messungen mit der Einrichtung zur Bestimmung der Anordnung des Sinterprodukts, der Einrichtung 8 zur Ermittlung der Agglomeratgröße und/oder der Wärmebildkamera 7 berücksichtigt.
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In 2 ist dargestellt, wie sich die erfindungsgemäße Vorrichtung im Zusammenhang mit der Herstellung des Sinterprodukts und dessen Bereitstellung für den Hochofenprozess in einer dafür vorgesehenen Anlage verwenden lässt. 2 zeigt einen Rückgutspeicher 10, einen Brennstoffspeicher 11, einen Mischgutspeicher 12 und einen Kalksteinspeicher 13, aus denen über eine Fördereinrichtung 14 ein Gemisch der Stoffe in eine Sinterungsanlage 15 gegeben und dort gesintert wird. Nach der Sinterung wird das erzeugte Sinterprodukt durch ein Heißsieb 16 geführt und das Sinterprodukt in zwei Teile aufgeteilt, nämlich einen ersten Teil, der Agglomerate des Sinterprodukts umfasst, die einen Durchmesser < 5 mm haben und einen zweiten Teil, der die restlichen Agglomerate des Sinterprodukts umfasst. Der erste Teil des Sinterprodukts, der Rückgut bildet, wird mittels einer Fördereinrichtung 19 in den Rückgutspeicher 10 transportiert und der zweite Teil wird in eine Kühleinrichtung 17, insbesondere einen Rundkühler, gegeben und nach der Kühlung mittels eines Kaltsiebs 18 in drei Fraktionen geteilt. Die erste Fraktion umfasst Agglomerate des Sinterprodukts, die in einen Durchmesser < 5 mm aufweisen und als Rückgut mittels einer Fördereinrichtung 20 zu dem Rückgutspeicher transportiert werden. Die zweite Fraktion umfasst Agglomerate mit einem mittleren Durchmesser zwischen 15 und 25 mm. Ein Teil dieser Fraktion wird als Rostbelag mittels einer Fördereinrichtung 21 in einen Rostbelagspeicher 22 transportiert, von wo aus der Rostbelag über eine weitere Fördereinrichtung 23 der Sinteranlage 15 zugeführt werden kann. Die dritte Fraktion umfasst den sogenannten Fertigsinter, dessen Agglomerate einen Durchmesser > 5 mm aufweisen und über eine Fördereinrichtung 24 dem Hochofen 25 zugeführt werden.
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Wie 2 zu entnehmen ist, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 an der Förderstrecke 20 vorgesehen, die einen Bandförderer umfasst.
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Alternativ könnte die erfindungsgemäße Vorrichtung allerdings auch an der Fördereinrichtung 19 oder 24 vorgesehen werden.
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Ferner wäre vorstellbar, die Vorrichtung 1 alternativ oder ergänzend an der Fördereinrichtung 21 für den Rostbelag oder/und der Fördereinrichtung 23 für den Fertigsinter vorzusehen.
