DE2310358A1 - Vorrichtung zum portionsweisen zuteilen von feinkoernigem gut - Google Patents

Vorrichtung zum portionsweisen zuteilen von feinkoernigem gut

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DE2310358A1 DE19732310358 DE2310358A DE2310358A1 DE 2310358 A1 DE2310358 A1 DE 2310358A1 DE 19732310358 DE19732310358 DE 19732310358 DE 2310358 A DE2310358 A DE 2310358A DE 2310358 A1 DE2310358 A1 DE 2310358A1
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Description

Dipl.-lng. H. Sauerlend · Dn.-lng. :R. König · Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · 4ooq Düsseldorf so · Cecilienallee 76 · Telefon 43273a
1 · März 1973 28 306 K
Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte mob«H., 8458 Sulzbach-Rosenberg
"Vorrichtung zum portionsweisen Zuteilen von feinkörnigem Gut"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum portionsweisen Zuteilen von feinkörnigem Gut aus einem unter Druck stehenden Vorratsbehälter mit einer verschließbaren Austragöffnung veränderlichen Querschnitts„
Zahlreiche Verfahrenstechniken basieren auf der Verwendung feinkörnigen Guts wie beispielsweise Zement, Feinkalk, Kunstdünger, Staub, Metall- oder Keramikpulver und Schlakkenbildner für metallurgische Verfahren, die in aller Regel dosiert eingesetzt werden. So befindet sich feinkörniges Gut zumeist in Vorratsbehältern, aus denen es portionsweise in zeitlich konstanter oder variierender Menge abgezogen wird. Dies erfordert wie beispielsweise beim Beladen eines Gasstromes mit Kalkstaub besondere Vorrichtungen zum zeitlichen und mengenmäßigen Dosieren des feinkörnigen Guts.
Bekannt sind Vorratsbehälter mit konstantem Auslaßquerschnitt, die unter einem höheren Druck stehen als der Raum, in den das feinkörnige Gut abgegeben wird. Durch Änderung der Druckdifferenz ist es bei konstantem Auslaßquerschnitt möglich, die abgegebene Menge des Guts zu ändern. Diese Art der Mengenregulierung ist jedoch insofern nachteilig, als
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der Regelbereich durch die praktisch mögliche Druckdifferenz begrenzt ist und ein hoher Innendruck erforderlich ist, der besondere Sicherheitsmaßnahmen erfordert. Schließlich spricht die druckabhängige Mengenregulierung auch für viele Verwendungszwecke nicht hinreichend schnell an.
Des weiteren ist es bekannt, die Differenz zwischen dem Innendruck des Vorratsbehälters und eines Austragraums konstant zu halten und die Gutmenge durch Änderung des Querschnitts der Austragöffnung festzulegen. Diese Art der Regelung erfordert nur kleine Druckdifferenzen und arbeitet im wesentlichen verzögerungsfrei. Andererseits ergeben sich jedoch bei der Änderung des Austragquerschnitts insofern erhebliche Schwierigkeiten, als körniges Gut auf die zu seiner Handhabung erforderlichen Apparaturen je nach Härte und Beschaffenheit des Guts einen erheblichen Verschleiß ausübt. Zwar sind ausreichend verschleißfeste Werkstoffe bekannt; diese erlauben jedoch kein gasdichtes Schließen der Austragöffnung des Behälters. Elastische Dichtungen kommen dagegen nicht infrage, da diese infolge Erosion durch das feinkörnige Gut allzu rasch verschleißen. Die Praxis hat daher versucht, zwischen den beiden widerstreitenden Forderungen nach hohem Verschleißwiderstand einerseits und elastischer Dichtung andererseits einen Kompromiß zu finden, dessen Folge eine zu geringe Lebensdauer der in besonderem Maße auf Verschleiß beanspruchten Teile ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die bei hoher Lebensdauer ein portionsweises Zuteilen feinkörnigen Guts mit zeitlich konstanter oder variierender Menge und gleichzeitig ein gasdichtes Verschließen des das Gut enthaltenden Vorratsbehälters gegenüber dem Austragraum erlaubt, in den das Gut abgegeben werden soll. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Ge-
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danken einer Funktionsteilung zwischen Mengenregelung und Behälterabdichtung. Im einzelnen besteht die Erfindung darin, daß eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art mit einem beweglichen Schließ- und Dosierkörper einerseits sowie einem in Strömungsrichtung dahinter angeordneten Dichtorgan andererseits versehen ist.
Die erfindungsgemäße Funktionstrennung erlaubt es, für den in besonderem Maße auf Verschleiß beanspruchten Schließ- und Dosierkörper und dessen Gegenflächen einen hochverschleißfesten Werkstoff und für das Dichtorgan einen ausreichend elastischen Werkstoff zu wählen. Dabei kann der Schließ- und Dosierkörper in eine verschleißfeste Führungsbüchse eingreifen und im Bereich des Dichtorgans ein Reinigungsgebläse vorgesehen sein, um nach dem Schließen der Austragöffnung des Vorratsbehälters Restpartikel von den Dichtungsflächen des Dichtorgans zu entfernen.
Vorzugsweise ist der Austragsquerschnitt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung stets kleiner als der Strömungsquerschnitt des Dichtorgans, woraus geringere Strömungsgeschwindigkeiten im Dichtorgan resultieren und demzufolge der geschwindigkeitsabhängige Verschleiß dort verringert wird.
Als verschleißfeste Werkstoffe kommen harte bzw. gehärtete Metalle und Legierungen wie Edelstahl, gehärteter Stahl, Werkzeugstahl, Titanlegierungen und Hartmetalle sowie keramische Werkstoffe wie Porzellan, Glas, Quarz und Werkstoffe auf Basis von Kieselsäure und Tonerde wie Silimanit, MuI-lit, Zirkoniumoxyd, Siliziumkarbid, Sinterkeramik, Schmelzkorund und Cermets infrage. Die Werkstoffauswahl kann bei dem Schließ- und Dosierkörper im wesentlichen ausschließlich im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit erfolgen, da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht die Notwendig-
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keit besteht, daß der Körper gasdicht in der Austragsöffnung des Vorratsbehälters sitzt. Dies wirkt sich vorteilhaft bei der Fertigung aus, da keine engen Toleranzen eingehalten zu werden brauchen und selbst ein Spiel von 0,1 mm noch zulässig ist„ Dem Dichtorgan kommt dagegen die alleinige Funktion zu, den Vorratsbehälter gegenüber dem Austragraum, beispielsweise einer Leitung für ein mit dem körnigen Gut zu beladendes Gas gasdicht zu verschließen. Dies kann mit handelsüblichen elastischen Dichtungen und üblichen Ventilsitzen geschehen.
Vorzugsweise besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem am Ende einer Schubstange befindlichen, in eine Verschlußplatte des Vorratsbehälters eingreifenden Kegel und einem in Strömungsrichtung dahinterliegend auf der Schubstange angeordneten, mit einer Ventxlsitzscheibe mit elastischer Dichtung zusammenwirkenden Ventilteller. Die Ventilsitzscheibe kann dabei mit radialen, an eine Druckgasleitung angeschlossenen Kanälen versehen sein, um nach dem Schließen der Austragsöffnung Restpartikel von den Dichtflächen zu entfernen.
Die Kammer kann aus einem elastischen Balgen bestehen und einen axial verschiebbaren, die Schubstange tragenden Zylinder mit einem außerhalb des Balgens liegenden Verschiebeantrieb enthalten. Dieser Verschiebeantrieb besteht vorzugsweise aus einem Stellmotor und über einen Kettentrieb angetriebenen mit einem Kragen des Zylinders verbundenen Spindeln.
Im Bereich der Ventilscheibe kann mindestens eine Druckgasleitung münden. Des weiteren kann unterhalb der Verschlußplatte zur Beeinflussung des Gutstromes ein Rohrstück mit geringerem Durchmesser als der Zylinder befestigt sein, so daß der Zylinder in seiner oberen Endstellung das Rohrstück umschließto
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Um eine einfache Mengenregulierung zu erreichen, kann der Schließ- und Dosierkörper aus einer zylindrischen Scheibe mit mehreren im Abstand voneinander befindlichen Schrägflächen bestehen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der zylindrische Schließ- und Dosierkörper in einer aus der Verschlußplatte herausragenden, mit radialen Bohrungen in unterschiedlicher Höhe versehenen Führungshülse besteht.
Schließlich kann auch unterhalb der Verschlußplatte ein Dosierschieber angeordnet sein. Die Verschlußplatte und der Schieber können dabei mehrere korrespondierende öffnungen gegebenenfalls mit in Verschieberichtung sich änderndem Lochquerschnitt aufweisen, so daß sich der Austragquerschnitt in dem Maße vergrößert, wie die korrespondierenden Öffnungen miteinander zur Deckung gebracht werden. Schließlich kann das Dichtorgan auch aus einer um eine mittige Achse drehbaren Klappe bestehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem kegeligen Schließ- und Dosierkörper,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit balgenförmiger Kammer,
Fig.3> 4 unterschiedliche Schließ- und Dosierkörper nach der Erfindung,
Fig. 5 eine Vorrichtung mit einem als Schieber ausgebildeten Schließ- und Dosierkörper sowie einer Dichtungsklappe und
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Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der ein Ventilteller unmittelbar hinter dem Schließ- und Dosierkörper angeordnet ist.
In einem Vorratsbehälter 1 befindet sich das körnige Gut 2, das durch eine übliche Vorrichtung 3 fluidisiert wird. Der Behälter ist mit einer eine Austragöffnung 4 aufweisenden Platte 5 verschlossen. In einen verschleißfesten konischen Sitz 6 der Verschlußplatte 5 greift ein kegeliger, am Ende einer Schubstange 7 angeordneter, aus verschleißfestem Werkstoff bestehender Schließ- und Dosierkörper 8 ein. Die Schubstange 7 durchragt die Öffnung 9 einer in einer Kammer 10 angeordneten Ventilsitzscheibe 11 und trägt unterhalb der Ventilsitzscheibe einen Ventilteller 12. Der Ventilsitzteller weist einen elastischen Dichtungsring 13 auf, gegen den der Ventilteller 12 in der dargestellten Schließstellung dicht anliegt.
Die Ventilsitzscheibe 11 ist mit radialen Kanälen 14 versehen, die über Zuleitungen 15 mit Druckgas versorgt werden. Das austretende Druckgas entfernt vor dem Schließen, d.h. beim Hochfahren der Schubstange 7 Restpartikel von dem Ventilteller 12, so daß sich dieser gasdicht gegen den Dichtring 13 legen kann.
Die Kammer 10 mündet in eine Leitung 16 (Austragraum) für ein mit dem körnigen Gut zu beladendes Gas. Dies geschieht in der Weise, daß die Schubstange durch einen nicht dargestellten Antrieb nach unten bewegt und dabei der Kegel 8 aus seinem Sitz 6 herausbewegt sowie der Ventilteller 12 von dem Dichtring 13 abgehoben wird. Die aus der Austragöffnung 4 austretende Menge wird dabei durch den Abstand zwischen dem Kegelmantel und dem konischen Sitz 6 bestimmt. Sobald der Strom des körnigen Guts aus dem Behälter 1 unterbrochen werden soll, wird die Schubstange 7 hochgefah-
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ren, bis der kegelförmige Schließ- und Dosierkörper 8 in seinem Sitz 6 liegt. Dabei spielt es keine Rolle, wenn sich auf der Mantelfläche des Kegels und/oder im Sitz 6 Gutpartikel befinden, da die Abdichtung des Behälterinnern bzw. des oberen Teils der Austragkammer 10 ausschließlich durch den mit dem elastischen Dichtring 13 zusammenwirkenden Ventilteller 12 erfolgt.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung besitzt ebenfalls eine Verschlußplatte 5, jedoch mit einer Führungsbüchse für den am Ende einer Schubstange 7 angeordneten, im oberen Teil zylindrisch ausgebildeten Schließ- und Dosierkegel 8. Die Schubstange 7 durchragt ein an der Verschlußplatte 5 befestigtes Rohrstück 18, einen axial beweglichen Zylinder 19 mit einem Kragen 20 in einem zweiteiligen Balgen 21. Am anderen Ende trägt die Schubstange 7 einen Ventilteller 12, der mit einer Ventilsitzscheibe 11 bzw. einem darin befindlichen Dichtring 13 zusammenwirkt. Im Bereich der Ventilsitzscheibe 11 mündet in die aus dem Balgen 21 und einem rohrförmigen Teil 22 bestehende Kammer eine Druckgasleitung zum Freiblasen des Dichtorgans 11, 12j 13 von Restpartikeln.
Das Öffnen und Schließen der Austragöffnung 4 geschieht mit Hilfe eines Stellmotors 23 und eines Kettentriebes 24 sowie am Kragen 20 angreifender Spindeln 25. Die Spindeln 25 bewegen über den Kragen 20 den Zylinder 19 und die mit diesem über Streben 26 verbundene Schubstange je nach Drehrichtung des Stellmotors auf und ab. Da der Schließ- und Dosierkörper 8 im oberen Teil zylindrisch ausgebildet ist, hebt der Ventilteller 12 zunächst von dem elastischen Dichtring 13 ab, ehe sich zwischen der Mantelfläche des konischen Teils des Schließ- und Dosierkörpers 8 und der Führungsbüchse ein Durchtrittsspalt ergibt. Dabei ergibt sich im Vergleich zu dem Ringspalt am Schließ- und Dosierkörper 8 eine ver-
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gleichsweise große Durchtrittsöffnung in der 'Ventilsitzscheibe 11. '
Bei einem sehr harten Gut, beispielsweise hochtonerdehaltigen Feuerfeststoffen, Sand und Staubkalk kann der Schließ- und Dosierkörper 8 zylindrisch ausgebildet sein und im Abstand voneinander liegende Schrägflächen 26 mit einer Neigung von etwa 45° aufweisen, die beim Hochfahren der Schubstange 7 eine entsprechende Anzahl Austragöffnungen freigeben (Fig. 3). Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Führungsbüchse 17 aus der Verschlußplatte 5 herausragt und radiale Bohrungen 27 in unterschiedlicher Höhe aufweist, die beim Hochfahren der Schubstange 7 von einem zylindrischen Schließ- und Dosierkörper 8 nacheinander freigegeben werden (Fig. 4). Die Schubstange 7 ist zum Schutz gegen das die Austragöffnung 4 verlassende körnige Gut mit einem keramischen Schutzrohr 28 umhüllt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 liegt vor der Austragöffnung 4 des Behälters 1 eine Platte 29, deren nicht dargestellte Löcher mit Löchern in einem als Schieber 30 ausgebildeten Schließ- und Dosierkörper korrespondieren. Der Schieber 30 wird mittels einer durch die Wandung der Kammer 10 gasdicht geführten Stange 31 betätigt. Die Regelcharakteristik des Schiebers bzw. die in Abhängigkeit von der Schieberbewegung austretende Menge des feinkörnigen Guts hängt von der Form der Öffnungen in der Lochplatte 29 und dem Schieber ab, die beispielsweise dreieckig ausgebildet sein können.
Die Kammer 10 ist nach unten hin durch eine Ventilsitzscheibe 11 mit einer elastischen Dichtung 13 verschlossen, mit der eine auf einer Achse 32 angeordnete Drehklappe 33 zusammenwirkt. Auch in diesem Falle kann das Dichtorgan 11, 13, 32, 33 mittels über Leitungen 15 zugeführtem Druckgas vor dem Schließen von Restpartikeln befreit werden.
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Die Betätigung des Schiebers 30 und der Drehklappe 33 sowie das Einschalten des Druckgases kann durch übliche pneumatische oder elektrische Regelsysteme erfolgen. Dabei kann die Drehklappe 33 bereits vor Betätigung des Schiebers 30 den gesamten Durchströmquerschnitt freigeben und so lange geöffnet bleiben, bis der Schieber 30 die Austragöffnung 4 wieder verschlossen hat.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung liegt der Ventilteller 12 unmittelbar hinter dem Schließ- und Dosierkörper 8 und ist die mit dem Ventilteller zusammenwirkende elastische Dichtung 13 in einem Verschlußteil 34 angeordnet, das auch die Führungsbüchse 17 aufnimmt. Dadurch ergibt sich ein kleiner Ringraum 35 zwischen dem Verschlußteil 34 und dem Ventilteller 12, in den eine Druckgasleitung 15 zum Reinigen des Ventiltellers vor dem Schließen mündet.
Bei einer großtechnischen Anlage nach der Erfindung sollte ein Sauerstoffstrom zum Frischen von Roheisen mit Kalkstaub in einer Menge von 100 bis 700 kg/min beladen werden. Dies geschah mit einer Vorrichtung der in Fig. 3 dargestellten Art, bei der der Innendurchmesser der Führungsbüchse 17 nur 80 mm betrug, so daß sich bei völlig nach oben gefahrenem ScHieß- und Dosierkörper 8 ein freier Austragquerschnitt von 28 cm ergab. Der Öffnungsquerschnitt des Dosierorgans war erheblich größer und betrug in diesem Falle
2
50 cm . Zwischen dem Innendruck im Vorratsbehälter 1 und in der Sauerstoffleitung 16 (Austragraum) ergab sich eine Druckdifferenz von 10 m WS. In einem anderen Falle sollte der Sauerstoffstrom mit bis maximal 5000 kg/min Kalkstaub beladen werden. Das erforderte einen maximalen Querschnitt der Austragöffnung 4 von 160 cm und somit einen Durchmesser der Führungsbüchse 17 von 200 mm. Die Verschiebebewegung der Schubstange 7 bzw. des Schließ- und Dosierkörpers 8 betrug im ersten Falle 30 mm.
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Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß die Austragmenge des körnigen Guts durch die Stellung eines.Schließ- und Dosierkörpers unmittelbar an einer Behälteröffnung bestimmt wird und die Dichtung in Strömungsrichtung versetzt mit einem besonderen Dichtorgan erfolgt. Dies erlaubt sowohl eine optimale Gestaltung des Dosierteils und des Dichtorgans sowie eine zweckentsprechende Wahl des jeweiligen Werkstoffs.
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Claims (15)

Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte m.b.H«,, 8458 Sulzbach-Rosenberg Patentansprüche;
1. Vorrichtung zum portionsweisen Zuteilen von feinkörnigem ^— Gut aus einem unter Druck stehenden Vorratsbehälter mit einer verschließbaren Austragöffnung veränderlichen Querschnitts, gekennzeichnet durch einen beweglichen Schließ- und Dosierkörper (8; 30) und ein in Strömungsrichtung dahinter angeordnetes Dichtorgan (11, 12, 13; 32).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtorgan in einer Kammer (10) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen verschleißfesten Schließ- und Dosierkörper (8; 30).
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließ- und Dosierkörper (8) in einer verschleißfesten Führungsbüchse (17) geführt ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtorgan (11, 12, 13; 32) mit einem Reinigungsgebläse (14, 15) versehen ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Austragquerschnitt (4) am Behälter (1) stets kleiner als der Strömungsquerschnitt (9) des Dichtorgans ist.
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7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen am Ende einer Schubstange (7) angeordneten, in eine Verschlußplatte (5) eingreifenden Schließ- und Dosierkörper (8) und einen in Strömungsrichtung dahinterliegend auf der Schubstange (7) angeordneten, mit einer elastischen Dichtung (13) in einem Ventilsitzteller (11) zusammenwirkenden Ventilteller (12),
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitzscheibe (11) mit radialen, an eine Druckgasleitung (15) angeschlossenen Kanälen (14) versehen ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (10) aus einem zweiteiligen Balgen (21) besteht und einen axial verschiebbaren, die Schubstange (7) tragenden Zylinder (19) mit einem außerhalb des Balgens (21) liegenden Verschiebeantrieb (23, 24, 25) enthält.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeantrieb aus einem Stellmotor (23) und über einen Kettentrieb (24) angetriebenen, mit einem Kragen (20) des Zylinders (19) verbundenen Spindeln (25) besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß unterhalb der Verschlußplatte (5) ein Rohrstück (18) mit geringerem Durchmesser als der Zylinder (19) befestigt ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließ- und Dosierkörper (8) aus einer zylindrischen Scheibe mit mehreren im Abstand voneinander befindlichen Schrägflächen (26) besteht.
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13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer aus der Verschlußplatte (5) herausragenden, mit radialen Bohrungen in unterschiedlicher Höhe versehenen Führungsbüchse (17) ein zylindrischer Schließ- und Dosierkörper (8) geführt ist.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen kegelförmigen Schließ- und Dosierkörper (8).
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ventilsitzscheibe (11) eine Druckgasleitung (15) mündet.
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