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Die Erfindung betrifft eine Indurationsmaschine, insbesondere eine solche für Eisenerzpellets.
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Rohstoffe werden häufig pelletiert. Z. B. bei der Verarbeitung von Eisenerz ist es bekannt, dieses zu pelletieren. Z. B. aus ”
'Pelletizing', Lurgi Metallurgie GmbH, Frankfurt a. M., 1589e/6.97/20" oder "'Innovation: SIMINE PELLET/Higher Productivity, Lower Costs an New Generation Pellet Plant', Andreas Lekscha, metals & mining, 2 may 2006, www.siemens.com/mining” ist der sogenannte Lurgi-Davy-Travelling-Grate-Prozess als klassisches Wanderrostverfahren bekannt: Kugelförmige Grünpellets werden aus Eisenerz in Pelletiertrommeln oder -tellern geformt bzw. gerollt. In einer Wanderrost- bzw. Indurationsmaschine werden die Grünpellets getrocknet und schließlich unter hohen Temperaturen zu Fertigpellets, also gebrannten Pellets gebrannt bzw. geröstet.
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2 zeigt eine bekannte Indurationsmaschine 2. Im bekannten Wanderrostverfahren werden Grünpellets GP – hier Eisenerzpellets – auf eine Schutzschicht HL, die aus bereits gebrannten (Eisenerz-)Pellets FP gebildet ist, aufgebracht. Dort ist eine Aspirationszone AZ bzw. Aspirationswindbox AWk nach der Pelletaufgabe am stromaufwärtigen Maschinenende, also dem Maschinenkopf vorhanden. In einer Stromrichtung werden die Pellets nacheinander durch die Trockungszone TRZ, Wärmezone WZ, Brenn- oder Indurationszone BRZ, Rekuperationszone REZ und Kühlzone KZ der Indurationsmaschine transportiert. In der Brennzone BRZ werden die Grünpellets GP in gebrannte Pellets FP gewandelt. Am Ende der Maschine gelangen sie auf ein Abtransportförderband CO.
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Die jeweiligen Zonen sind voneinander durch stationäre Trennwände 4 getrennt. Die Kühlzone KZ weist zwei Teilzonen KZ1 und KZ2 auf, welchen ein gemeinsamer Windboxkollektor E zugeordnet ist. Diesem wird über eine Zuleitung 6, die einen Eingang 8 für Frischluft 10 aufweist, die Frischluft 10 über ein Gebläse F1 zugeführt. Die Frischluft 10 wird in Richtung der in 2 dargestellten Strömungspfeile (dies gilt auch für die folgende Beschreibung) durch die in der Kühlzone KZ befindlichen gebrannten Pellets FP in horizontaler Richtung von unten nach oben geblasen. Hierbei werden die gebrannten Pellets FP gekühlt und die Frischluft 10 erwärmt. Die aufgenommene Wärme – mit Luft als Wärmeträger – aus der Teilzone KZ1 wird über einen zentralen Hauptkollektor HK von oben her in die Wärme WZ – und Brennzone BRZ transportiert und für die Unterstützung der Arbeit von Brennern BR in der Brennzone BRZ und der Wärmezone WZ genutzt. Diese warme Luft unterstützt den Brennprozess, bei welchem Brennstoff, wie zum Beispiel Erdgas, in den Brennern BR verbrannt wird. Die warme Luft in der Rekuperationszone REZ und das verbrannte Gas in der Brennzone BRZ werden durch die Schicht der Pellets hindurch und als Heißluft 18 anschließend über den Kollektor C von einem Gebläse F3 durch eine zweite Ableitung 16 abgesaugt. Die Wärme dieses Gases wird für die Trocknung der Grünpellets GP in der Teilzone TRZ2 der Trocknungszone direkt, d. h. ohne Verwendung eines zusätzlichen Gebläses genutzt. In der Teilzone TRZ1 wird ein Teil des Gases zum selben Zweck über ein Gebläse F2 genutzt. Gas, hier Warmluft 14 aus der Wärmezone WZ und der Teilzone TRZ2 wird mittels einer ersten Ableitung 12 durch die Schicht der Grünpellets GP von einem Gebläse F5 über einen Kollektor B und einen Elektrofilter ESP1 abgesaugt und über einen Kamin K in die Atmosphäre abgestoßen.
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Die Heißluft 18 weist eine höhere Temperatur als die Warmluft 14 und diese eine höhere Temperatur als die Frischluft 10 auf.
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Das beschriebene Indurationsverfahren bzw. die Indurationsmaschine 2 gemäß Stand der Technik entspricht nur bedingt aktuellen technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Anforderungen. Problematisch ist, dass ein Teil der gebrannten Pellets zerbricht oder dass die Pellets am Ende der, also nach Durchlauf durch die Indurationsmaschine nicht ausreichend gekühlt sind und so das nachfolgende Abtransportförderband CO zerstören.
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Die Verwendung von nur einem Gebläse für mehrere technologische Zwecke, wie Kühlung von heißen Pellets in KZ1 und KZ2, Druckregelung im oberen Teil der Indurationsmaschine fährt zu technologischen Konflikten und erschwert die stabile Steuerung des technologischen Prozesses.
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Die bekannte Indurationsmaschine 2 verfügt über weitere Komponenten, die für die vorliegende Erfindung unwesentlich sind und daher hier nicht näher erläutert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Indurationsmaschine gemäß Schutzanspruch 1, insbesondere für Eisenerzpellets, die eine Trocknungszone aufweist. Stromabwärtig folgt der Trocknungszone eine dieser benachbarte Wärmezone. Dieser ist stromabwärts eine Brennzone; dieser wiederum stromabwärts eine Rekuperationszone benachbart. Stromabwärts der Rekuperationszone folgt eine Kühlzone. Eine erste Ableitung führt Warmluft aus der Trocknungs- und der Wärmezone ab, eine zweite Ableitung führ Heißluft aus der Brennzone und der Rekuperationszone ab. Zwischen der Rekuperations- und der – bisherigen bekannten, aus den Teilzonen KZ1 und KZ2 bestehenden – Kühlzone liegt eine Vorkühlzone. Die Indurationsmaschine weist außerdem eine Zuleitung auf, die wiederum einen Eingang für Frischluft aufweist. Die Zuleitung führt der Vorkühlzone Mischluft aus Frischluft, Warmluft und Heißluft zu. Die Indurationsmaschine umfasst außerdem eine Verbindungsleitung, welche von der ersten und der zweiten Ableitung zur Zuleitung führt. Die Verbindungsleitung führt damit Warmluft von der ersten Ableitung und Heißluft von der zweiten Ableitung zur Zuleitung, um die jeweilige Warmluft und Heißluft dort mit der Frischluft zu vermischen.
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Die Lage der Vorkühlzone ”zwischen” Rekuperations- und (eigentlicher, aus den Teilzonen KZ1 und KZ2 bestehender) Kühlzone kann in zwei Alternativen verwirklicht werden, je nach Definition der erfindungsgemäßen Kühlzone: Die bekannte Kühlzone wird tatsächlich gekürzt und folgt mit ihren Teilzonen KZ1 und KZ2 der Vorkühlzone nach.
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Strenggenommen kann auch die Verbindungsleitung den Eingang für Frischluft enthalten. Die Zuleitung entartet dann zu einem Teil der Verbindungsleitung. Wesentlich ist lediglich die Vermischung von Frisch-, Warm- und Heißluft und deren Zuführung zur Vorkühlzone durch ein geeignetes Leitungssystem.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zwischen der Brennzone mit Rekuperationszone einerseits und der Kühlzone andererseits ein starkes Temperaturgefälle herrscht und die gebrannten Pellets beim entsprechenden Durchlauf durch das Temperaturgefälle einen Temperaturschock erleiden, was oft zu deren Zerbrechen führt. Die Erfindung beruht auf der grundlegenden Erkenntnis, dass eine enorme Wärmemenge in Form von Warmluft aus dem zweiten Abschnitt TRZ2 der Trocknungszone und der Wärmezone WZ über das Gebläse F5 und den Kamin K in der Regel ungenutzt in die Atmosphäre ausgestoßen wird, wobei die Temperatur des Wärmeträgers hier ca. 160°C beträgt.
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Erfindungsgemäß wird daher ein Vorkühlungsbereich zwischen der Rekuperations- und der Kühlzone errichtet. Dies geschieht beispielsweise, indem der bekannte Windboxkollektor E geteilt wird (Teil E, Teil D), wobei in Teil D die Zuleitung mündet. So ist der Vorkühlbereich unabhängig vom Kühlbereich bezüglich Mischtemperatur der Mischluft und durchströmender Luftmenge regulierbar. So lässt sich eine bessere Selektivität des gesamten Kühlungsprozesses gewährleisten. Der Temperaturschock für Pellets wird dadurch reduziert, dass eine gleichmäßigere bzw. abgestufte Pelletkühlung über den Zeitverlauf, d. h. während des Durchlaufs durch die Indurationsmaschine erfolgt, wenn die Temperatur der Kühlluft in der Vorkühlzone zwischen denen der Brenn-, Rekuperations- und Kühlzone liegt. Gleichzeitig wird durch die Verbindungsleitung von den beiden Ableitungen zur Zuleitung ein Teil der Wärme aus Trocknungswärme und Brennzone produktiv genutzt.
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Im Ergebnis folgen weniger zerplatzte oder zerbrochene Pellets und somit eine Erhöhung der Qualität der Fertigpellets und der spezifischen Leistung des Fertigungsverfahrens. Es ergibt sich eine größere technologische Flexibilität des Kühlprozesses in der Indurationsmaschine, sowie eine bessere Nutzung der bereits im Prozess existierenden Restwärme und dadurch eine Reduzierung des Brennstoffverbrauches durch eine rationellere Nutzung dieser Wärme. Folglich ergibt sich eine Erhöhung der Produktivität, eine Reduzierung der Betriebskosten und eine Reduzierung der Umweltbelastung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Zuleitung ein Gebläse. Durch dessen Steuerung kann dann auch in der Vorkühlzone die tatsächliche Menge an zugeführter Mischluft beeinflusst werden. Die Freiheitsgrade zum Betrieb der Indurationsmaschine steigen. In der Indurationsmaschine wird damit in der Vorkühlzone ein neuer Gebläsekreis errichtet.
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Durch die Einführung eines weiteren Gebläses im Kühlbereich der Maschine können zum Einen die Kühlzone als auch die Vorkühlzone separat bezüglich ihrer Luftdurchsätze unabhängig gesteuert werden. Da sowohl das Gebläse der Vorkühlzone als auch das Gebläse der Kühlzone Luft in den Hauptkollektor befördert und damit den Druck oberhalb der Brenner beeinflusst, kann außerdem durch nunmehr zwei Gebläse hier eine effektivere Druckregelung oberhalb der Brenner in der Wärmezone WZ, der Brennzone BRZ und in der Kühlzone KZ1 durchgeführt werden.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform wird die Verbindungsleitung dann an einen – bezüglich der Lage des Gebläses in der Ableitung – saugseitigen Abschnitt der Zuleitung angeschlossen. Die Saugleistung des Gebläses in der Zuleitung wird damit zum Ansaugen der Warm- und Heißluft durch die Verbindungsleitung genutzt.
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In der Regel enthalten auch erste und/oder zweite Ableitungen ein Gebläse. Die Verbindungsleitung ist dann in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils an einem druckseitigen Abschnitt der ersten und/oder zweiten Ableitung, d. h. an die Gebläseseite des Gebläses angeschlossen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Indurationsmaschine eine, Anteile von Warm-, Heiß- und Frischluft in der Mischluft steuernde Steuereinrichtung. Eine solche ist meistens ein Ventil, das in der Verbindungsleitung oder der Zuleitung angeordnet sein kann. So kann eine gewünschte Mischtemperatur der Mischluft zwischen den Temperaturen der Frischluft und der Heißluft eingestellt werden.
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In einer Variante dieser Ausführungsform enthält die Indurationsmaschine außerdem eine Regeleinrichtung, welche auf die Steuereinrichtung derart einwirkt, dass eine Mischtemperatur der Mischluft – in der Regel nahezu konstant auf einen vorgebbaren Sollwert – geregelt wird. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Mischtemperatur und somit eine gleichbleibende Produktionsqualität bzw. Produktionsbedingungen. Eine geeignete Mischtemperatur könnte beispielsweise bei ca. 100°C liegen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich stromabwärts der Kühlzone noch eine zusätzliche Aspirationskühlzone AC mit einer dazugehörigen Windbox in der Indurationsmaschine eingerichtet. Der Aspirationskühlzone wird eine dritte Ableitung zugeordnet, welche Staubluft aus der Aspirationskühlzone abführt.
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In der Kühlzone werden in der Regel die unteren Pellets ausreichend gekühlt, da hier die Kühlluft die Pellets von unten her anströmt. Die oberen Pellets werden dabei weniger gekühlt. Durch Errichtung der zusätzlichen Aspirationskühlzone AC ergibt sich die Möglichkeit, dort die Pellets von oben nach mit Luft zu durchströmen und gleichzeitig anfallenden Staub abzusaugen. So wird die bisher noch heißere obere Pelletschicht besser gekühlt. Die Temperaturdifferenzen in der Pelletschicht in vertikaler Richtung werden reduziert, sodass insbesondere ein Temperaturausgleich zwischen oberen und unteren Pellets stattfindet. Insgesamt verlassen so Pellets mit nahezu gleicher Temperatur die Maschine. Eine Zerstörung des Abtransportbandes durch einzelne zu heiße Pellets ist vermieden.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die dritte Ableitung an ein Aspirationsgebläse angeschlossen, wobei das Aspirationsgebläse neben der Aspirationskühlzone zusätzlich auch einer von dieser verschiedenen Zone der Indurationsmaschine zugeordnet ist. Ein derartiges Aspirationsgebläse ist beispielsweise am Bandende ohnehin der Aspirationszone im Kühlbunker zugeordnet. Mit anderen Worten wird dieses vorhandene Gebläse dann für die Aspirationskühlzone mitgenutzt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Flächenverhältnis einer Aspirationszone AZ am stromaufwärtigen Ende der Indurationsmaschine zu einer dieser stromabwärts benachbarten Trocknungszone (TRZ) einen bestimmten Wert auf. Mit anderen Worten wird die Trocknungszone am stromaufwärtigen Ende der Maschine auf Kosten der dort vorhandenen Aspirationszone verlängert. So ergibt sich eine Erhöhung der Trocknungsfläche in der Trocknungszone. Diese Variante beruht auf der Erkenntnis, dass bei den bekannten Maschinen noch genügend bisher ungenutzte Reservefläche besteht, um Staub abzutransportieren und eine Aspirationszone dort einzurichten. Der hierzu verwendete Abzug (Aspirationswindbox AWk) kann an ein geeignetes Gebläse angeschlossen werden. Die durch die Verkleinerung und/oder Verschiebung der Aspirationsfläche neu gewonnene Fläche wird also stromaufwärts an die bestehende Trocknungsfläche angeschlossen und letztere daher erfindungsgemäß gegenüber bekannten Maschinen vergrößert. Die beiden Teilzonen TRZ1 und TRZ2 der Trocknungszone werden dabei in einem anderen geeigneten Verhältnis zueinander verändert, insbesondere beide vergrößert. Die Pellets werden gleichmäßiger und besser getrocknet und sind so für den weiteren Prozess besser geeignet.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen in schematischen Prinzipskizzen:
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1 eine erfindungsgemäß erweiterte Indurationsmaschine aus 2,
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2 eine Indurationsmaschine gemäß Stand der Technik.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Erweiterung 20 der bekannten Indurationsmaschine 2 aus 2. Hierzu wird der bekannte Windboxkollektor E an seinem stromaufwärtigen Ende gekürzt. Dort wird ein zusätzlicher Windboxkollektor D installiert, wodurch auch die erste Teilzone KZ1 der Kühlzone KZ gekürzt wird. An deren Stelle entsteht so eine Vorkühlzone VKZ. Je nach Betrachtungsweise wird so die Kühlzone KZ, weiterhin bestehend aus den Teilzonen KZ1 und KZ2 gekürzt und die Vorkühlzone VKZ zwischen dieser und der Rekuperationszone REZ eingefügt. Bei anderer, gleichwertiger Betrachtungsweise schließt die Kühlzone KZ unverändert an der Rekuperationszone REZ an. Die Teilzone KZ1 wird dann gekürzt und die Vorkühlzone VKZ als Teilzone der Kühlzone KZ eingeführt. In 1 ist dies angedeutet durch einen geklammerten Trennstrich zwischen Rekuperationszone REZ und Kühlzone KZ.
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Der Vorkühlzone wird über den Windboxkollektor D und eine Zuleitung 22 Mischluft 26 in Richtung des Pfeils 24 zugeführt. Die Zuleitung 22 weist einen Eingang 8 für Frischluft 10 auf. Über eine Verbindungleitung 28 ist die Zuleitung 22 außerdem mit der ersten Ableitung 12 und der zweiten Ableitung 16 verbunden. Die Verbindungleitung 28 ist zweiteilig ausgeführt und mündet somit an zwei verschiedenen Stellen der Zuleitung 22.
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Warmluft 14 und Heißluft 18 werden über die Verbindungsleitung 28 aus der ersten Ableitung 12 und der zweiten Ableitung 16 in Richtung der Pfeile 24 der Zuleitung 22 zugeführt und dort mit Frischluft 10 zur Mischluft 26 vermischt.
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Bezüglich erster Ableitung 12 und zweiter Ableitung 16 mündet die Verbindungsleitung 28 bzw. deren jeweilige Teilstränge an deren druckseitigen Abschnitten 30b, also jeweils auf den Druckseiten der Gebläse F3, F5. So wird deren Druckwirkung genutzt, um Warmluft 14 und Heißluft 18 durch die Verbindungsleitung 28 zu fördern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Zuleitung 22 ein Gebläse F6 und damit einen bezüglich dessen saugseitigen Abschnitt 30a und einen druckseitigen Abschnitt 30b. Die Verbindungsleitung 28 mündet dann am ersten, saugseitigen Abschnitt 30a der Zuleitung 22. So wird die Saugwirkung des Gebläses F6 nicht nur zum Ansaugen von Frischluft 10 durch die Zuleitung 22, sondern auch von Warmluft 14 und Heißluft 18 durch die Verbindungsleitung 28 genutzt.
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In bevorzugten Ausführungsformen enthalten die Verbindungsleitung 28 und/oder die Zuleitung 22 jeweilige Steuereinrichtungen 32 – hier Ventile –, welche die jeweiligen Mengen von Frischluft 10, Warmluft 14 und Heißluft 18 steuern, die einerseits über den Eingang 8 oder die Verbindungsleitung 28 angesaugt bzw. transportiert werden. So lassen sich deren jeweilige Anteile in der Mischluft 26 steuern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein oder mehreren der Steuereinrichtung 32 eine Regeleinrichtung 34 zugeordnet. Diese steuert die betreffenden Steuereinrichtungen 32 dahingehend an, dass eine Mischtemperatur TM der Mischluft 26 auf einen Sollwert S eingeregelt wird. Die Mischtemperatur TM liegt dabei im Bereich der Temperaturen TF der Frischluft 10, TW der Warmluft 14 und TH der Heißluft 18. Da im Betrieb der Indurationsmaschine gilt: TF < TW < TH, gilt dann TF ≤ TM ≤ TH.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfasst die Erweiterung 20 der bekannten Indurationsmaschine 2 aus 2 auch die Einführung einer Aspirationskühlzone AC gemäß 1. Diese ist der bekannten Kühlzone KZ nachgeschaltet. Dies geschieht durch Schaffung einer dritten Ableitung 36, die Staubluft 38 in Richtung des Pfeils 24 aus der Aspirationskühlzone AC abführt. Die Durchströmung der gebrannten Pellets FP in der Aspirationskühlzone AC erfolgt (siehe die Strömungspfeile in 1) in Vertikalrichtung von oben nach unten, also entgegen der Strömungsrichtung in der Kühlzone KZ. Hierdurch wird das Temperaturprofil übereinander geschichteter gebrannter Pellets PP bei der Abkühlung in Vertikalrichtung ausgeglichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die dritte Ableitung 36 an ein Aspirationsgebläse FA angeschlossen, welches in der bekannten Maschine der heckseitigen Aspirationswindbox AWh zugeordnet ist. Ursprünglich ist es also eine von der Aspirationskühlzone AC verschiedenen Zone der Indurationsmaschine 2 zugeordnet und wird nun für die Aspirationskühlzone AC einfach mitgenutzt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die am stromaufwärtigen Maschinenende liegende Aspirationswindbox AWk und damit die Aspirationszone AZ gegenüber der bekannten Maschine verkleinert und die Trocknungszone TRZ dagegen vergrößert. In einer nicht dargestellten Ausführungsform wird die Aspirationszone AZ auch nur stromaufwärts in einen bisher ungenutzten Maschinenbereich verschoben. Die Trocknungszone TRZ wird in Maschinenlängsrichtung verlängert und daher deren Fläche FT vergrößert. Das sich hierbei ergebende Flächenverhältnis der Fläche FA der Aspirationszone FA zur Fläche FT der Trocknungszone TRZ ist das Flächenverhältnis F, welches hier einen bestimmten Wert annimmt. Hierbei werden die Teilzonen TRZ1 und TRZ2 jeweils für sich, in der Regel vergrößert. So steht für die Trocknung der Grünpellets GP mehr Fläche in der Trocknungszone TRZ zur Verfügung, diese werden besser und gleichmäßiger getrocknet.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- 'Pelletizing', Lurgi Metallurgie GmbH, Frankfurt a. M., 1589e/6.97/20” oder ”'Innovation: SIMINE PELLET/Higher Productivity, Lower Costs an New Generation Pellet Plant', Andreas Lekscha, metals & mining, 2 may 2006, www.siemens.com/mining [0002]
