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Vorrichtuag zum Aufteilen eines in einer Leitung strömenden Beststoff-Xransportgas-Gemisches
auf zwei Zweigleitungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufteilen eines
in einer Leitung strömenden Feststoff-Transportgas-Gemisches auf zwei Zweigleitungen
mit einem an der Zweigstelle angeordneten und stromaufwärts in die Leitung ragenden
Trennkörper.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art eignet sich insbesondere
zur Verwendung in einer Förderanlage, mittels der zerkleinertes Feststoffmaterial,
z. B. feinkörnige Kohle, in einen metallurgischen Ofen, z. B. in einen Hochofen,
eingefhhrt wird. Das zerkleinerte Feststoffmaterial kann z. B. mittels einer Dosier-bzw.
Zuteileinrichtung in eine zu dem metallurgischen Ofen fahrende Transportleitung
eingegeben werden, in der es mittels eines unter Druck stehenden Transportgasstromes
durch besonders gestaltete Windformen in den Hochofen eingeblasen wird.
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Als Transportgas können außer Luft ebenso mit Sauerstoff angereicherte
Luft oder Verbrennungaprodukte aus der Verbrennung von Gasen oder Kohle verwendet
werden.
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Das Feststoff-Transportgas-Gemisch muß Je nach der Betriebsweise des
metallurgischen Ofens und je nach den sonstigen Betriebabedingungen unter einem
beträchtlichen Druck in den Ofen eingeblasen werden. Beim Einblasen von pulverisierter
Kohle in einen Hochofen beträgt der Druck beispielsweise 3,5 kg/cm2 und mehr.
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Mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art können außer Kohle
auch andere zerkleinerte Feststoffe, beispielsweise Kalk, Kalkstein oder Flugstaub
(Gichtstaub) in einen metallurgischen Ofen eingefhhrt werden.
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Weil die Dosiereinrichtung und die Förderleitungen Jedoch sehr hohe
Investitions- und Betriebakosten verursachen, werden in der Regel zwei Einblasstellen
Uber je eine Zweigleitung an eine einzige, von einer Dosiereinrichtung beschickte
Förderleitung angeschlossen. Um Jedoch ein gleichmäßiges und störungsfreies Arbeiten
des metallurgischen Ofens zu erzielen, muß eine gleichmäßige Verteilung des Feststoff-Transportgas-Gemisches
auf die beiden Zweigleitungen gewährleistet werden.
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Aus der USA-Patentschrift 2 158 673 ist eine Aufteilvorrichtung der
eingangs genannten Art bekannt. Der flächig ausgebildete Trennkörper ist Jedoch
an der Zweigstelle schwenkbar angeordnet, um je nach den Betriebsbedingungen, z.
B. der jeweils zugefhhrten Feststoff-und/oder Transportgasmenge durch Veränderung
der Einlaufquerschnitte zu den beiden Zweigleitungen eine gleichmäßige Aufteilung
des Feststoff-Transportgas-Gemisches zu erzielen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der
bekannten Aufteilvorrichtung zu vermeiden und eine Aufteilvorrichtung zu schaffen,
bei der ein gleichmäßiges aufteilen des Feststoff-Uransportgas-Gemisches auch bei
wechselnden Feststoff- und/oder Transportgasmengen ohne Verstellen des Trennorgans
gewährleistet ist.
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Die erfindungsgenäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungaquersohnitt
der Leitung vor der Anzweigstelle der beiden Zweigleitungen kleiner ist als der
Strömungsquerschnitt des sich stroiaafwärts unmittelbar an den verengten Bereich
anschließenden Leitungsabschnittes.
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Auf diese Weise erhält man eine gute durchmischung des Feststoffes
mit den Transportgas vor der aufteilung des Hauptstromes auf die beiden Zweigströmo,
so daß der Feststoff-Transportgas-Strom in einfacher Weise auf beide Zweigleitungen
gleichmäßig verteilt wird. Die erfindungsgemäß erzielbare gleichmäßige aufteilung
ist also in weiten Grenzen unabhängig von der jeweils in der Zeiteinheit strömenden
Peststoff- und/oder Transportgasmenge. Irgend ein Nachstellen des Trennkörpers bei
wechselnden Betriebebedingungen ist nicht erforderlich0 GeaLß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist der Trennkörper im wesentlichen in einer durch
die Längsachse des verengten Leitungsbereichs verlaufenden Ebene ortsfest angeordnet.
Vorzugsweise ist der Trennkörper flächig ausgebildet und beaitst eine lesserförmig
zulaufende vordere Kante.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsquerschnitt
des verengten Leitungsbereichs so bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit in
diesem Bereich bei einer vorgegebenen, in der Zeiteinheit hindurchströmenden Feststoff-Transportgas-Gemischmenge
größer als 18,3 m/sec. ist. Die Länge des verengten Leitungsbereichs ist vorzugsweise
so bemessen, daß der Druckabfall in diesem Bereich bei einer vorgegebenen, in der
Zeiteinheit hindurchströmenden Feststoff-Traaeportgas-Gemischmenge kleiner als 1,4
kg/cm2 ist. Bleibt man im Bereich dieser Grenzwerte, so erhält man eine Länge, die
für ein gründliches Vermischen des Feststoffes mit dem Transportgas ausreicht, und
bei der der Leitungsabschnitt, in dem infolge hoher Strömungsgeschwindigkeit die
abnutzung beträchtlich ist, auf eine Mindestlänge verringert ist.
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Zur Erzielung günstiger Strömungsverhältnisse sollten die beiden Zweigleitungen
nach Art eines Y symmetrisch von der Leitung abzweigen. Die beiden Zweigleitungen
sollten zwecks Ersielung eines annähernd gleichen Strömungswiderstandes auch im
weeentlichen gleich lang sein und im wesentlichen den gleichen Strömungsquerschnitt
besitzen.
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Auf diese Weise ist der Widerstand in Jeder der Zweigleitungen zwischen
der Aufteilvorrichtung und dem Ende der Leitung an der Einblasstelle am Ofen, z.
B. an der Windblasform, derselbe. Die Druckverminderung sollte in diesem Abschnitt,
wenn beide Zweigleitungen offen aind und frei durchströmt werden, mindestens 0,O7
kg/cm2 betragen. Diese Bedingungen gewährleisten eine gleichmäßige Verteilung des
Transportgases auf Jede der Zweigleitungen und fördern dadurch eine gleichmäßige
Verteilung des Feststoffmaterials auf Jeden der Transportgaszweigströme.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist anhand der Zeichnungen
beispielsweise erläutert, und zwar zeigen: Fig. 1 schematisch den Gang des Materials
durch eine typische 3eschickungs- und Einblasanlage; Fig. 2 einen Schnitt durch
die Kohleverteilvorrichtung nach der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 wird die vom Bergwerk oder dem Lagerplatz an der Kohleneinblasanlage
ankommende Kohle in einen Zuführtrichter 10 entladen, von dem aus eie iiber ein
Förderband 12 zu einem Brechwerk, z. B. einer Schlagmühle 14, transportiert wird.
Die zerkleinerte Kohle wird durch einen Kübelaufzug 16 von dem Brechwerk zu einem
Schüttelsieb 18 gegebener Größe befördert. Das auf dem Sieb urückbleibende Überkorn
kehrt zu dem ZufUhrtrichter 10 zurück. Das Unterkorn, das durch das Sieb fällt,
wird durch einen Falltrichter 20 einem Förderband 22 zugeführt, daß das Material
zu einer in beiden Richtungen antreibbaren Pendelbandförderanlage 24 befördert,
die sich aus zwei Förderbändern 26 und 28 zusammensetzt, die lie vorbereitete Kohle
gleichmäßig in einen rechteckigen
Beschickungsbehälter 30 nach
unten fallen lassen.
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Unter dem Behalter 30 sind mehrere trichterförmige Zuführeinrichtungen
32 angeordnet, die die Teilchen einer Kohlefördervorrichtung 34 zuführen. Der Behalter
30 ist auf als Wiegevorrichtungen ausgebildeten (nicht gezeichneten) Lastzellen
gelagert, um daß Gewicht der in dem Behälter befindlichen Teilchen periodisch bestimmen
zu können und die Beschickungsmenge oder -geschwindigkeit zu kontrollieren. Diese
Einrichtung trägt dazu bei, die Geschwindigkeit der Kohlefördervorrichtung mit kleineren
Einatellungen zu regulieren, wie sie infolge von allmählichen Veränderungen in der
Dichtigkeit der Eohlemaßse auf Grund von Veränderungen im Feuchtigkeitsgehalt und
in der Zerkleinerung der Kohle erforderlich werden können.
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Alle Kohlefördervorrichtungen 34 werden von einem Anschlußstrick 35
aus durch ein gemeinsames LuftzufUhrungs- bzw. Verteilungsrohr 36, von dem parallele
Zweigleitungen 38 zu den einzelnen Kohlefördervorrichtungen fuhren, mit Preßluft
gespeist. Die aus Kohle und Luft bestehende Mischung, die die gohlefördervorrichtungen
verläßt, strömt durch eine Überführungsleitung 40, die mehrere hundert Meter lang
aein kann, waa von der Jeweiligen Anlage abhängt, zu schematisch dargestellten Verteilervorrichtungen
42, die in Jähe eines Windringee 43 angebracht sind. Änschließend an die Verteilervorrichtungen
führen Zweigleitungen 44 zu wechselweise aufeinanderfolgenden Düsen 45 eines Hochofen
46.
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Die aus Kohle und Luft bestehende Miachung strömt durch die Leitung
40 (Fig. 1) über eine tohleverteilvorrichtung 42 zum Hochofen 46. Die Verteilvorrichtung
42 (Fig. 2) weist einen einfachen Y-förmigen Teil auf, der aus einer Hauptleitung
212 und Zweigleitungen 44, 44' besteht. Die Leitung 40, die die von der Kohlefördervorrichtung
kommende Miechung aus Kohle und Luft enthält, ist im Querschnitt, wie bei 210 gezeigt,
verengt und mündet in die Hauptleitung 212, deren Querschnitt des des verengten
Bereichs 210 der Leitung 40 gleich ist. Die Hauptleitung und die Leitung 40 sind
mit Hilfe von Flanschen 214, 216
aneinander angeschlossen, die mit
den teilen 210 bzw. 212 einsttickig ausgebildet sind. Die Flansche 214, 216 werden
durch geeignete Mittel, wie beispielsweise Bolsen 218, miteinander verbunden. Ein
messerförmiger Teil 220 ist genau in den verengten Abschnitt der Leitung 212 eingepaßt,
um eine gleichmäßige Aufteilung des aus Kohle und Luft bestehenden Stroms auf die
Zweigleitungen 44, 44' herbeizufuhren.
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Die verengten Abschnitte 210, 212 der vor der Verteilvorrichtung liegenden
Rohrleitung haben einen Querschnitt, bei dem die Geschwindigkeit des aus Kohle und
Luft bestehenden Stroms mehr als 18,3 m/sec. beträgt. Der verengte Bereich ist so
lang, daß die Druckminderung in diesem Bereich der Rohrleitung 1,4 kg/cm2 nicht
übersteigt. Solange die Länge und der Querschnitt des verengten Abschnitts innerhalb
von Grenzen gehalten werden, die etwa den vorgenannten Werten entsprechen, gewährleistet
der verengte Bereich eine vollkommene Mischung, durch die eine gleichmäßige aufteilung
erzielt und die einer hohen Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzten Strecke, auf der
die Abnutzung hoch ist, sehr kurz gehalten wird.
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Das überraschend gute Ergebnis der vorstehend beschriebenen Anordnung
wird durch Leistungsversuche bewiesen, bei denen zwei Kohleverteilungsvorrichtungen
in der Leitung, die von einer Kohlefördervorrichtung zu den Windblasformen (Düsen)
des Hochofen führt, angeordnet wurden; dabei wurde der ungefähre Gesamtbetrag an
Luft in Nm3 (Normkubikmeter) pro Minute, die gohlefördermenge in kg/pro Stunde und
der Kohleanteil, der Jeder Windblasform zugeführt wird, gemessen. Die Ergebnisse
sind in Tafel I gezeigt.
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Tafel I Ungefähre Gesamt- Kohleförder- Prozentualer Prozentualer
fördermenge in menge Anteil in Anteil in Windblasform Windblasform Nm3/min kg/Stunde
I II Y-förmige Verteilvorrichtung keine Verengung (2,5 - 0,51 cm Rohrdurchmesser)
2,1 1133 32,1 67,9 y- Verteilervorrichtung hinter einem Rohr von 1,91 cm Durchmesser
und 60 cm Länge angeordnet 3,0 2513 51,1 48,9 3,0 2019 50,2 49,8 3,0 1674 49,4 50,6
3,0 876 53,4 46,6 2,7 1685 50,3 49,7 2,7 721 46 54 2,1 1663 53,9 46,1 2,1 1399 48,7
51,3 2,1 725 50 50 2,1 657 51,7 48,3 1,8 712,2 50,1 49,9 1,6 648,7 46,9 53,1 1,5
576,2 46,3 53,7 Es ist leicht ersichtlich, daß die Verteilvorrichtung, bei der keine
Verengung in der Leitung vorgesehen ist, zum gleichmäßigen aufteilen der Kohle ungeeignet
ist, wohingegen, wenn die Kohle
durch eine in bezug auf die Verteilvorrichtung
stromaufwärtsgelegenen Verengung geleitet wird, ein gleichmäßiges Aufteilen bei
allen Versuchen unabhängig von der Luft- oder Kohlefördermenge erfolgte.
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Wenn bei einer anlage zur Einführung festen Brennstoffs, bei der nur
eine einsige Beschickungseinrichtung verwendet wird, der Brennstoff in zwei oder
mehr Ströme aufgespalten wurde, um zwei oder mehr Windblasformen (Düsen) zu beschicken,
wurde die Beobachtung gemacht, daß zwischen den Windblasformen, die von einer gemeinsamen
Verteilervorrichtung beschickt wurden, ein Unterschied im Druck bestand. Die gemeinsamen
Leitungen 44 und 44' sind so bemessen und der Druck des Stroms stromaufwärts der
Verteilervorrichtung 42 wird so gehalten, daß bei seinem erwünschten Pörderverhältnis
von Kohle zu Gas, nämlich einem Verhältnis von 0,014 Nm3 bis 0,085 Nm3 Gas pro 453
g Kohle (0,5 - 3,0 standard cubic feet pro US-pound), der Unterschied im Druck zwischen
der Verteilvorrichtung und den Enden der gemeinsamen Leitungen 44 und 44' im Hochofen
ständig nicht weniger als 0,035 kg/ci2 höher als der Druckunterschied zwischen den
Windbiasformen und vorzugsweise ungefähr 0,21 kg/cm2 höher als der Druckunterschied
zwischen den Windblasformen ist.
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Die die gohleverteilvorrichtungen verlassenden Kohle-Luftströme werden
in einen Hochofen an einer Vielzahl von Stellen rund un den Ofen eingeführt.
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Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, wird die an der Kohlezufüllanlage
ankommende Kohle in einen Zuführungstrichter 10 entladen, von dem aus sie über ein
Förderband 12 zu einer Schlagmühle 14 transportiert wird. Die zerkleinerte Kohle
wird durch einen Kübelaufzug 16 von der Schlagmühle 14 zu einem Schüttelsieb 18
für Korngröße 4,73 mm transportiert, von dem das Überkorn (d.h. größer als 4,73
mm), welches auf dem Sieb zurUckbleibt, zu der Zuführungsvorrichtung 10 zurückgebracht
wird.
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Unterkorn (d.h. kleiner als 4,73 mm), das durch das Sieb durchfällt,
wird durch den Falltrichter 20 zu einem Förderband 22 befördert, daß das Material
zu der hin- und hergehenden Pendelbandförderanlage 24 transportiert, die die Kohle
gleichmäßig in einen Beschickungsbehälter 20 fallen läßt.
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Unterhalb des Behälters 20 sind eine Vielzahl von Zuführungsvorrichtungen
32 angebracht, die die Kohle einer Eohlefördervorrichtung 34 zuftiliren. Für einen
mittleren Hochofen mit neunzehn Windbias formen sind zehn Kohlenfördervorrichtungen
vorgesehen. Die von neun der Kohlefördervorrichtungen kommenden Kohle-Luftströme
werden aufgeteilt und beschicken achtzehn von neunzehn Blasformen. Die zehnte Kohlefördervorrichtung
beschickt eine einzige Blasform. Jeder Kohlefördervorrichtung 34 wird ilber ein
Anschlußstück 35 durch ein gemeinsames Zufuhrungsrohr 36 und Zweigleitungen 38 Preßluft
zugeführt.
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Die Leitung 40 führt die Eohle-LuSt-Mischung zu dem Abschnitt der
Leitung, der kurz vor den Kohleverteilvorrichtungen 42 verengt ist. Jede Kohleverteilvorrichtung
42 teilt den Eohle-Luftstrom in zwei im wesentlichen gleiche Teile auf, die durch
Zweigleitungen 44, 44' fließen, von denen Jede Zweigleitung zu wechselweise aufeinanderfolgenden
Windblasformen 45 des Hochofens 46 führt, Die Höchstmenge an Kohle, die in einen
Hochofen eingeführt werden kann, beträgt ungefähr 1 360 kg Kohle pro Stunde Je Windblasform,
deahalb würde bei einem mittleren Hochofen mit neunzehn Formen die Höchstmenge an
Kohle pro Stunde 24 920 kg betragen. Eine bevorzugte Menge an in einen Hochofen
eingeführter Kohle ist 634 kg pro Stunde und pro Blasform, was bei dem gleichen
Hochofen eine Durchschnittsmenge von 11 778 bis 12 231 kg pro Stunde bedeuten wtirde,
Die geeignete Mindest-Luftmenge wäre ungefähr 1,4 Nm3 (50 standard cubic feet) pro
Minute, denn wenn die Luftmenge weniger als 1, 27 Nm3 (45 standard cubic feet) pro
Minute beträgt, verstopfen sich die Leitungen, was zu einem Aussetzen der Kohleeinftihrungevorrichtungen
führt.
Im allgemeinen ist die Höchatmenge mit 3,2 Nm3 (115 standard cubic feet) Luft pro
Minute erreicht.
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Normalerweise wird ea notwendig sein, zwischen ungefähr 0,045 und
0,133 Nm3 (0,75 und 2,25 standard cubic feet) Luft pro Kilogramm Kohle in den Hochofen
einzuführen. Eine geringere Luftmenge als 0,045 Nm3 (0,75 standard cubic feet) pro
Kilogramm Kohle ist zum Mitführen der Kohleteilchen unzureichend, während eine höhere
Luftmenge als 0,133 Nm3 (2,25 standard cubic feet) pro Kilogramm Kohle fibermäßig
wäre.
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Während die vorstehende Beschreibung sich auf die Einftihrung von
Kohleteilchen in Hochöfen bezieht, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung
sich auch auf das Einftihren anderer fester Stoffe in Hochöfen bezieht. Diese festen
Stoffe können beispielsweise Kalk, Kalkstein oder Flugstaub (Gichtstaub) bestimmter
Größe sein. Es ist außerdem selbstverständlich, daß die Erfindung auch beim Einführen
von Kohle oder anderer fester Stoffe in andere metallurgische Öfen anwendbar ist.