Die
Erfindung betrifft eine verbesserte Konfiguration von Trichtern,
Silos, Reaktoren und ganz allgemein allen Behältern zum Handhaben, Verarbeiten,
Transportieren oder temporären
Aufbewahren von partikelförmigen
Schüttgutmaterialien.The
Invention relates to an improved funnel configuration
Silos, reactors and more generally all containers for handling, processing,
Transport or temporary
Storage of particulate
Bulk materials.
Eine
besonders nützliche
Anwendung der Erfindung bezieht sich auf einen Direktreduktions-Reaktor
von partikelförmigen
Eisenerzen.A
especially useful
Application of the invention relates to a direct reduction reactor
of particulate
Iron ores.
Hintergrund
der Erfindungbackground
the invention
In
vielen Industriezweigen ist es gängige Praxis,
Behälter
oder Container zum Handhaben, Verarbeiten, Transportieren oder temporären Aufbewahren
von partikelförmigen
Schüttgutmaterialien
zu verwenden. Die geometrische Ausgestaltung solcher Behälter oder
Container ist sehr wichtig, um die gewünschte Art von Partikelstrom
durch diese Behälter hindurch
sicherzustellen. Abhängig
von solchen Faktoren und Merkmalen der Partikel wie beispielsweise der
Größe und der
Gestalt der Partikel bestimmen die in dem Körper des Schüttgutmaterials
entwickelten Reibungskräfte
sowie die zwischen den Partikeln und der Wand des Behälters entstehenden
Reibungskräfte
und auch der durch das Gewicht der Partikelmasse auf die Partikel
ausgeübte
Druck, und hauptsächlich die
Gestalt des Behälters,
aber auch seine Abmessungen bezüglich
der zu handhabenden Partikel, ob die Partikel frei durch die Einwirkung
der Schwerkraft strömen
werden oder Brücken
oder Kuppeln formen werden, die den Strom anhalten oder zumindest
einen ungleichmäßigen Partikelstrom
verursachen.In
many industries, it is common practice
container
or containers for handling, processing, transporting or temporary storage
of particulate
bulk materials
to use. The geometric design of such containers or
Container is very important to the desired type of particle flow
through these containers
sure. Dependent
from such factors and features of the particles as the
Size and the
Shape of the particles determine the in the body of the bulk material
developed friction forces
as well as those created between the particles and the wall of the container
frictional forces
and also by the weight of the particle mass on the particles
practiced
Pressure, and mainly the
Shape of the container,
but also its dimensions
the particles to be handled, whether the particles are free by the action
gravity
become or bridges
or domes that hold the current, or at least
an uneven particle flow
cause.
Das
US-Patent 4,886,097 (Garza-Ondarza) offenbart einen Einzelsegment-Behälter zum
Handhaben von partikelförmigen
Feststoffen mit einer nach unten hin konvergierenden Wand, welche
Wand innen mit einer umgekehrten Stufe versehen ist, die sich entlang
eines Bereichs der konvergierenden Wand erstreckt. Diese umgekehrte
Stufe erstreckt sich schraubenförmig
entlang zumindest eines Bereichs der konvergierenden Wand, um einen
kontinuierlichen Anstieg in dem Querschnittsbereich des Behälters zu
schaffen, um den Strom der Feststoffe zu fördern.The
U.S. Patent 4,886,097 (Garza-Ondarza) discloses a single segment container for
Handling of particulate
Solids with a downwardly converging wall, which
Wall inside is provided with an inverted step that extends along
a portion of the converging wall. This reverse
Stage extends helically
along at least a portion of the converging wall, around one
continuous increase in the cross-sectional area of the container
create to promote the flow of solids.
Dieses
Patent schafft eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des
Behälters,
und auf diese Art und Weise wird die Feststoffverdichtung minimiert,
so dass Konfigurationen des Behälters
mit schmaleren Auslassdurchmessern möglich werden. Die von diesem
Patent vorgeschlagenen Maßnahmen
sind jedoch, obwohl sie das Ziel effektiv erreichen, schwierig auf
kosteneffektive Art und Weise zu realisieren, weil die Ausgestaltung
der schraubenförmigen
Stufe entlang des konischen Bereichs des Behälters die Kosten steigert,
die durch das eigentliche Schneiden und die Formgebung des Metallblechs
verursacht werden, das zum Bauen eines solchen Behälters verwendet
wird. Dies wird noch relevanter, wenn die schraubenförmige umgekehrte
Stufe in einem großen
Reaktor vorgesehen werden soll, der hohen Innendrücken widerstehen
muss.This
Patent provides an increase in the cross-sectional area of the
container
and in this way the solids compaction is minimized,
allowing configurations of the container
be possible with narrower outlet diameters. The one of this
Patent proposed measures
however, they are difficult to achieve even though they are effective at reaching the goal
cost-effective way to realize, because the design
the helical one
Step along the conical area of the container increases the cost,
through the actual cutting and shaping of the metal sheet
caused to be used for building such a container
becomes. This becomes even more relevant when the helical reverse
Stage in a big one
Reactor should be provided to withstand high internal pressures
got to.
Das
US-Patent 6,055,781 beschreibt einen Trichter, der entwickelt worden
ist, um die Tendenz von partikelförmigem Material zu reduzieren,
Brücken
zu bilden. Dazu neigen sich seine Wände mit ansteigender Höhe oberhalb
des Auslasses steiler nach unten. Der offenbarte Trichter weist
mehrere benachbarte konische Abschnitte auf, die entlang einer gemeinsamen
Längsachse
angeordnet sind. In der Abwärtsrichtung
nimmt die Konizität
der benachbarten Abschnitte ab.The
U.S. Patent 6,055,781 describes a hopper that has been developed
is to reduce the tendency of particulate material
bridges
to build. Its walls incline with increasing height above
the outlet steeper down. The revealed funnel points
several adjacent conical sections that run along a common
longitudinal axis
are arranged. In the downward direction
takes the taper
from the adjacent sections.
Das
US-Patent 3,797,707 beschreibt einen Silo für die Speicherung und das Ausgeben
von Schüttgutfeststoffen
mit gestuften Trichterflächen, die
dazu angepasst sind, die Durchflussgeschwindigkeit am Auslass des
Trichters zu steigern und konstant zu machen. Die gestuften Flächen haben
eine Reibung und Neigungswinkel, die daran angepasst sind, die Kriterien
für den
Massenstrom zu erfüllen, und
schaffen Räume
zum Einspritzen von Fluid an zumindest einer in Umfangsrichtung
verlaufender Schnittstelle mit den sich bewegenden Feststoffen. Dieses
Patent schlägt
eine Vergrößerung der
Querschnittsfläche
des Trichters vor. Dazu wird angeregt, mehrere konische Segmente
einander benachbart entlang einer gemeinsamen Längsachse anzuordnen. Die Segmente
sind so bemessen und in Längsrichtung
angeordnet, dass sie durch horizontale Wandsegmente verbunden werden.
Die Wände
dieses bekannten Behälters
können
immer noch eine Unterstützung
für die
Ausbildung von Kuppeln durch die Partikel bilden. Das Einspritzen
eines Fluids kann in vielen Anwendungen nicht möglich sein und führt außerdem zu
zusätzlichen
Betriebskosten.The
U.S. Patent 3,797,707 describes a silo for storage and dispensing
of bulk solids
with stepped funnel surfaces, the
are adapted to the flow rate at the outlet of the
Increase funnel and make it constant. The stepped surfaces have
a friction and angle of inclination, which are adapted to the criteria
for the
To meet mass flow, and
create spaces
for injecting fluid at least one in the circumferential direction
extending interface with the moving solids. This
Patent suggests
an enlargement of the
Cross sectional area
of the funnel. This is suggested by several conic segments
adjacent to each other along a common longitudinal axis. The segments
are so dimensioned and longitudinal
arranged to be connected by horizontal wall segments.
The walls
this known container
can
still a support
for the
Formation of domes through the particles form. The injection
A fluid may not be possible in many applications and will also lead to it
additional
Operating cost.
US 3,921,351 offenbart einen
segmentierten Speichersilo mit einem kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt
zum Speichern und Ausgeben von partikelförmigem Material mit mehreren
Silosegmenten; der Querschnitt des Silos ist vergrößert durch
die Kombination von Zwischenwandsegmenten, die eine Vergrößerung des
Querschnittsbereichs des Silos mit sich bringen. Das in diesem Patent
beschriebene Konzept eliminiert jedoch nicht die Ausbildung von Kuppeln
durch die Feststoffpartikel. US 3,921,351 discloses a segmented storage silo having a circular or square cross section for storing and dispensing particulate material having multiple silo segments; the cross-section of the silo is increased by the combination of intermediate wall segments, which entail an enlargement of the cross-sectional area of the silo. However, the concept described in this patent does not eliminate the formation of domes by the solid particles.
US 6,089,417 beschreibt
einen Silo für
Späne mit
einem Auslassbereich mit der Gestalt einer krummlinigen Walze in
jedem frei gewählten
horizontalen Querschnitt, worin der Querschnitt des Ausgabebereichs
sich nach unten hin reduziert. In dem Querschnitt entlang der Längsachse
dieses bekannten Silos für
Späne haben
einige Segmente des Silos eine vertikale Wand auf einer Seite und
eine winklige Wand auf der gegenüberliegenden
Seite. Das Silo dieses Patents hat auch den Nachteil eines komplizierten
und kostspieligen Aufbaus aufgrund der Gestalt der Segmente gemäß dem Patent. US 6,089,417 describes a silo for chips having an outlet region in the shape of a curvilinear roll in each arbitrarily chosen horizontal cross section, wherein the cross section of the dispensing region is reduced towards the bottom. In the cross section along the longitudinal axis of this known silo for chips have some segments of the silo a vertical wall on one side and an angled wall on the opposite side. The silo of this patent also has the disadvantage of a complicated and expensive construction due to the shape of the segments according to the patent.
Zusammenfassung
der ErfindungSummary
the invention
Angesichts
dieses Standes der Technik ist es ein Ziel der Erfindung, einen
Behälter
oder Container zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist und durch
welchen hindurch ein gleichmäßiger Strom
von partikelförmigem
Schüttgutmaterial
gefördert
wird. Insbesondere sollen die Hindernisse, die dadurch verursacht
werden, dass diese Materialien innerhalb der konvergierenden Zone
eines solchen Behälters hängen oder
eine Kuppel brückenartig
bilden, minimiert werden, ohne dass auf sich bewegende Teile zurückgegriffen
wird.in view of
In this prior art it is an object of the invention to provide a
container
or to create containers that is inexpensive to produce and through
which through a uniform stream
of particulate
bulk material
promoted
becomes. In particular, the obstacles that caused it
be that these materials within the converging zone
hang of such a container or
a dome bridge-like
be minimized without resorting to moving parts
becomes.
Dieses
Ziel wird erreicht durch einen Behälter mit den Merkmalen des
Anspruchs 1. Eine weitere Lösung
wird geschaffen durch einen Direktreduktionsreaktor mit den Merkmalen
des untenstehenden Anspruchs 18. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den jeweiligen abhängigen
Ansprüchen beschrieben.This
Goal is achieved by a container with the characteristics of
Claim 1. Another solution
is created by a direct reduction reactor with the features
of claim 18 below. Further advantageous embodiments
are in the respective dependent
Claims described.
Die
vorliegende Erfindung basiert auf dem Konzept, eine Ausdehnung der
Querschnittsfläche des
erfindungsgemäßen Behälters zu
schaffen, welche zumindest in einer Richtung bezüglich einer horizontalen Ebene
asymmetrisch ist. Dieses Merkmal der Erfindung erzeugt einen gleichmäßigen, durch die
Schwerkraft angetriebenen Strom von Partikeln und eliminiert die
Möglichkeit,
dass Brücken
oder Kuppeln ausgebildet werden, die den Partikelstrom unterbrechen.The
The present invention is based on the concept of extending the
Cross sectional area of the
container according to the invention
create, which at least in one direction with respect to a horizontal plane
is asymmetric. This feature of the invention produces a uniform, through which
Gravity driven stream of particles and eliminates the
Possibility,
that bridges
or domes are formed, which interrupt the flow of particles.
Dieses
Konzept wird in dem Merkmal des Anspruchs 1 wiedergegeben, das es
erfordert, dass die untere Kante des oberen Wandsegments sich außerhalb
einer Ebene erstreckt, die rechtwinklig zur Längsachse des oberen Wandsegments
verläuft, und/oder
dass die obere Kante des unteren Wandsegments sich außerhalb
einer Ebene erstreckt, die rechtwinklig zur Längsachse des unteren Wandsegments
verläuft.
Einige Wandsegmente der vorliegenden Erfindung konvergieren entlang
ihrer Längsachse.
Diese Konvergenz entlang einer geraden Linie erleichtert eine einfachere
Herstellung und Montage, aber die Konvergenz jedes konvergierenden
Wandsegments entlang einer Kurve wird auch in Betracht gezogen.
Der Konvergenzwinkel wird von der Längsachse zur Wand des Wandsegments
in Richtung der Konvergenz gemessen.This
Concept is reflected in the feature of claim 1, which it
requires that the lower edge of the upper wall segment be outside
a plane extending at right angles to the longitudinal axis of the upper wall segment
runs, and / or
that the upper edge of the lower wall segment is outside
a plane extending at right angles to the longitudinal axis of the lower wall segment
runs.
Some wall segments of the present invention converge along
its longitudinal axis.
This convergence along a straight line facilitates a simpler one
Manufacture and assembly, but the convergence of each convergent
Wall segment along a curve is also considered.
The convergence angle is from the longitudinal axis to the wall of the wall segment
measured in the direction of convergence.
Obwohl
es bevorzugt ist, dass die Längsachsen
der Wandsegmente des erfindungsgemäßen Behälters zusammenfallen, wird
auch in Betracht gezogen, diese Achsen parallel zueinander und voneinander
beabstandet anzuordnen. Zusammenfallende Achsen werden den Strom
der Partikel durch den erfindungsgemäßen Behälter hindurch verbessern, und
beabstandete Parallelachsen ermöglichen
eine größere Flexibilität betreffend
des Raumbedarfs des erfindungsgemäßen Behälters.Even though
it is preferred that the longitudinal axes
the wall segments of the container according to the invention coincide is
Also considered, these axes parallel to each other and from each other
spaced to arrange. Collapsing axes become the current
improve the particles through the container according to the invention, and
allow spaced parallel axes
greater flexibility
the space requirement of the container according to the invention.
Der
erfindungsgemäße Direktreduktionsreaktor
ist besonders geeignet zum Verarbeiten von Partikeln aus Eisenoxiden
mit Materialien bei hohen Temperaturen, um metallisches Eisen im
festen Zustand zu produzieren. In dem erfindungsgemäßen Direktreduktionsreaktor
können
die Eisenoxidpartikel durch die Schwerkraft in einem gleichmäßigen Stopfenstrommuster
strömen,
und der Bereich von Stückerzen
und/oder Pellets wird erweitert, weil der erfindungsgemäße Direktreduktionsreaktor
die Möglichkeit
der Kuppelbrückenbildung
in der Ausgabezone des Reaktors minimiert.Of the
Direct reduction reactor according to the invention
is particularly suitable for processing particles of iron oxides
with materials at high temperatures to get metallic iron in
to produce solid state. In the direct reduction reactor according to the invention
can
the iron oxide particles by gravity in a uniform plug flow pattern
stream,
and the area of chunks
and / or pellets is extended because the direct reduction reactor according to the invention
the possibility
the dome bridge formation
minimized in the output zone of the reactor.
Die
vorliegende Erfindung schafft eine bessere Lösung für die Tendenz von Festkörperpartikeln, innerhalb
des Behälters
Brücken
zu bilden, indem eine Verbreiterung der Querschnittsfläche stattfindet, aber
mit einer besseren Ausgestaltung und einer kostengünstigeren
Möglichkeit
für ihre
Realisierung.The
The present invention provides a better solution to the tendency of solid particles within
of the container
bridges
but by broadening the cross-sectional area takes place
with a better design and a cheaper
possibility
for your
Realization.
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden
Beschreibung.Further
Features and advantages of the invention will become apparent from the following
Description.
Kurze Beschreibung
der ZeichnungenShort description
the drawings
1 ist eine vertikale Seitenansicht
eines Behälters,
der eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung verkörpert; 1 Figure 3 is a vertical side view of a container embodying a preferred embodiment of the invention;
2 ist eine Draufsicht der
gleichen Ausführungsform
wie in 1; 2 is a plan view of the same embodiment as in 1 ;
3 ist eine perspektivische
Außenansicht der
Ausführungsform
der 1; 3 is an external perspective view of the embodiment of 1 ;
4 zeigt einen diagrammatischen
Aufbau des obersten Segments des Behälters aus 1; 4 shows a diagrammatic construction of the topmost segment of the container 1 ;
5 zeigt einen diagrammatischen
Aufbau eines mittleren Segments des Behälters aus 1; 5 shows a diagrammatic construction of a middle segment of the container 1 ;
6 zeigt einen diagrammatischen
Aufbau des untersten Segments des Behälters aus 1; 6 shows a diagrammatic construction of the lowermost segment of the container 1 ;
7 ist eine diagrammatische
Seitenansicht eines Direktreduktionsreaktors, der die vorliegende
Erfindung verkörpert;
und 7 Fig. 10 is a diagrammatic side view of a direct reduction reactor embodying the present invention; and
8 ist eine Seitenansicht
eines Speichersilos, der die vorliegende Erfindung verkörpert, der auch
Mittel zum Einspritzen eines Fluids aufweisen kann, um den Strom
des partikelförmigen
Materials zu erleichtern oder damit zu reagieren. 8th Figure 10 is a side view of a storage silo embodying the present invention which may also include means for injecting a fluid around the stream of particulate matter to facilitate or react with it.
Ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten AusführungsformFull
Description of a preferred embodiment
In
den Figuren ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dargestellt, und der erfindungsgemäße Behälter ist insgesamt mit der
Bezugsziffer 10 bezeichnet. Durch die Zeichnungen hindurch
sind die gleichen oder ähnliche
Elemente mit identischen Bezugsziffern bezeichnet.In the figures, a preferred embodiment of the present invention is shown, and the container according to the invention is indicated generally by the reference numeral 10 designated. Throughout the drawings, the same or similar elements are designated by identical reference numerals.
Obwohl
der Behälter 10 in 1 mit mehreren konischen
Segmenten 12, 14, 16, 18 und 20 dargestellt
ist, wäre
es ausreichend für
eine Verkörperung
der vorliegenden Erfindung, wenn der Behälter 10 nur ein oberes
Wandsegment 12, ein unteres Wandsegment 14 und
ein dazwischen liegendes Wandsegment 34 aufwiese. In 1 sind mehrere dieser oberen
Wandsegmente, unteren Wandsegmente und Zwischenwandsegmente dargestellt,
wobei die Zwischenwandsegmente die jeweiligen oberen und unteren
Wandsegmente verbinden. In dieser Art und Weise dient beispielsweise
das konische Wandsegment 18 in 1 als oberes Wandsegment für die Kombination
aus Wandsegmenten 18, 4 und 20, und gleichzeitig
als unteres Wandsegment für
die Kombination aus Wandsegmenten 16, 38 und 18.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass, obwohl die
Terminologie "obere" und "untere" die bevorzugte Ausrichtung
des erfindungsgemäßen Behälters während des
Gebrauchs wiedergibt, wie sie in 1 dargestellt
ist, diese Terminologie hauptsächlich
dazu dient, die relative Orientierung zu beschreiben und nicht eine
absolute Anordnung oder Orientierung des erfindungsgemäßen Behälters.Although the container 10 in 1 with several conical segments 12 . 14 . 16 . 18 and 20 it would be sufficient for an embodiment of the present invention, when the container 10 only one upper wall segment 12 , a lower wall segment 14 and an intermediate wall segment 34 aufwiese. In 1 a plurality of these upper wall segments, lower wall segments and intermediate wall segments are shown, wherein the intermediate wall segments connect the respective upper and lower wall segments. In this way, for example, serves the conical wall segment 18 in 1 as the upper wall segment for the combination of wall segments 18 . 4 and 20 , and at the same time as a lower wall segment for the combination of wall segments 16 . 38 and 18 , In this connection, it should be noted that although the terminology "upper" and "lower" represents the preferred orientation of the container according to the invention during use as shown in FIG 1 is shown, this terminology serves mainly to describe the relative orientation and not an absolute arrangement or orientation of the container according to the invention.
Wieder
mit Bezug auf 1 sind
in der vertikalen Querschnittsansicht eines Behälters 10 einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung konische Segmente 12, 14, 16, 18 und 20 dargestellt,
die alle im allgemeinen bezüglich
der in Längsrichtung verlaufenden
und während
des Gebrauchs des Behälters
typischerweise im wesentlichen vertikalen Achse 22 des
Behälters 10 zentriert
sind. In dieser bevorzugten Ausführungsform
fallen die Längsachsen
der verschiedenen konischen Segmente 12, 14, 16, 18 und 20 zusammen,
was sich insbesondere aus 2 ergibt.
Es liegt jedoch auch im Bereich der Erfindung, die vertikalen Achsen
der konischen Segmente 12, 14, 16, 18 und 20 so
anzuordnen, dass sie nicht zusammenfallen, solange sie dann parallel
zueinander angeordnet sind.Again with respect to 1 are in the vertical cross-sectional view of a container 10 a preferred embodiment of the invention conical segments 12 . 14 . 16 . 18 and 20 4, all generally in relation to the longitudinal and, during use of the container, typically substantially vertical axis 22 of the container 10 are centered. In this preferred embodiment, the longitudinal axes of the various conical segments fall 12 . 14 . 16 . 18 and 20 together, resulting in particular 2 results. However, it is also within the scope of the invention, the vertical axes of the conical segments 12 . 14 . 16 . 18 and 20 so that they do not coincide, as long as they are then arranged parallel to each other.
Die
konischen Segmente 12 bis 18 haben allgemein die
Gestalt mit einem Winkel A bezüglich
ihrer jeweiligen vertikalen Achsen. Dieser Winkel A der konischen
Segmente ist gemäß den Fließeigenschaften
des Feststoffschüttgutmaterials
ausgewählt,
das mittels des Behälters 10 handzuhaben
ist, und gemäß der Optimierung
der Höhe
des Behälters, die
sich aus steileren, aber stromgünstigeren
Werten eines Winkels A und aus der Notwendigkeit ergibt, einen Stopfenstrom
durch den Behälter
hindurch oder bei einem oberen im allgemeinen zylindrischen Abschnitt
des Behälters 10 zu
haben.The conical segments 12 to 18 generally have the shape with an angle A with respect to their respective vertical axes. This angle A of the conical segments is selected according to the flow characteristics of the solid bulk material that is conveyed by means of the container 10 and optimizing the height of the container, resulting from steeper but more favorable values of angle A and necessity, plug flow through the container or at an upper generally cylindrical portion of the container 10 to have.
Der
Winkel A wird von Fachleuten gemäß der Verwendung
des Behälters 10 ausgewählt. Für die bevorzugte
Anwendung in Direktreduktionsreaktoren beträgt der Winkel A am besten zwischen
11° und
18°. Obwohl
es bevorzugt ist, Segmente 12 bis 18 mit dem gleichen
Winkel A zu haben, kann es für manche
Materialien auch wünschenswert
sein, den Winkel A bei jedem Segment zu reduzieren, wobei der kleinste
Winkel unten am Behälter 10 vorgesehen ist.
Dieser sinkende konische Winkel A führt dazu, dass der Partikelstrom
vertikaler ist, wo die Querschnittsfläche kleiner ist.The angle A will be determined by professionals according to the use of the container 10 selected. For the preferred application in direct reduction reactors, the angle A is best between 11 ° and 18 °. Although it is preferred segments 12 to 18 With the same angle A, it may also be desirable for some materials to reduce the angle A at each segment, with the smallest angle at the bottom of the container 10 is provided. This decreasing conical angle A causes the particle flow to be more vertical, where the cross-sectional area is smaller.
Das
Segment 12 hat eine unter elliptische Kante 24,
die sich dadurch ergibt, dass der Kegel 12 in einem Winkel
B abgeschnitten ist. Der Winkel B liegt im Bereich von 20° bis 60° bezüglich der
Horizontalen, und besser zwischen 35° und 45° bezüglich der Horizontalen. In
der bevorzugten, im wesentlichen vertikalen Orientierung des Behälters 10 gehen diese
Winkel B im einen Winkel im Bereich von 30° bis 70° und besser 35° bis 50° bezüglich der
Längsachse
des Wandsegments 12 über.
Es wird am meisten bevorzugt, dass der Winkel B gleich 40° ist, um einen
optimalen Strom sicherzustellen und die Möglichkeit der Ausbildung von
Kuppeln zu eliminieren, die den Partikelstrom unterbrechen könnten, in
der bevorzugten Anwendung des Behälters 10. Natürlich braucht
die untere Kante nicht notwendiger Weise elliptisch zu sein, da
das Konzept der Erfindung auf Behälter oder Container angewandt
werden kann, deren Querschnitt nicht kreisförmig ist, sondern beispielsweise
rechtwinklig.The segment 12 has an under elliptical edge 24 that results from the fact that the cone 12 at an angle B is cut off. The angle B is in the range of 20 ° to 60 ° with respect to the horizontal, and more preferably between 35 ° and 45 ° with respect to the horizontal. In the preferred, substantially vertical orientation of the container 10 These angles B go at an angle in the range of 30 ° to 70 ° and better 35 ° to 50 ° with respect to the longitudinal axis of the wall segment 12 above. It is most preferred that the angle B be equal to 40 ° in order to ensure optimum flow and to eliminate the possibility of formation of domes which could disrupt the flow of particles in the preferred use of the vessel 10 , Of course, the lower edge need not necessarily be elliptical, since the concept of the invention can be applied to containers or containers whose cross-section is not circular but, for example, rectangular.
Die
Segmente 14, 16 und 18 haben ebenso elliptische
untere Kanten 26, 28 bzw. 30. Jedes der Segmente 12, 14, 16, 18 und 20 des
Behälters 10 arbeitet
mit seinem benachbarten Segment oder seinen benachbarten Segmenten
zusammen, um eine Ausdehnung der Querschnittsfläche des Durchflusskanals der
vorzugsweise in fester Form vorliegenden Partikel zu schaffen, die
sukzessive durch die Segmente 12 bis 20 hindurchtreten.
Es ist ein unterscheidendes Merkmal des Behälters 10, dass seine
Ausdehnung der Querschnittsfläche
in zumindest einer Richtung bezüglich
einer horizontalen Ebene asymmetrisch ist. Dies minimiert die Möglichkeit
der Ausbildung von Brücken
oder Kuppeln durch die von der Schwerkraft angetriebenen Partikel,
weil die Stützwand
oder die Stützwände hinsichtlich
der Richtung der Schwerkraft asymmetrisch sind.The segments 14 . 16 and 18 have elliptical lower edges as well 26 . 28 respectively. 30 , Each of the segments 12 . 14 . 16 . 18 and 20 of the container 10 cooperates with its adjacent segment or segments to provide expansion of the cross-sectional area of the flow channel of the preferably solid particles passing successively through the segments 12 to 20 pass. It is a distinctive feature of the container 10 in that its extension of the cross-sectional area in at least one direction with respect to a horizontal plane is asymmetrical. This minimizes the possibility of formation of bridges or domes by the gravity driven particles because the support wall or walls are asymmetrical with respect to the direction of gravity.
Die
vorzugsweise elliptischen Ausnehmungsräume, die von den Zwischenwandsegmenten eingeschlossen
sind, sind in der gleichen Richtung orientiert, d.h. ihre Längsachsen
sind parallel zu den Längsachsen
der konischen Segmente 12, 14, 16, 18 und 20 orientiert.
Der Level des höchsten
Punktes jedes Zwischenwandsegments befindet sich auf der gleichen
Höhe oder
oberhalb des Levels der untersten Punkte seines zugehörigen oberen
Wandsegments, d.h. des Ausnehmungsraums darüber, so dass eine kontinuierliche
Asymmetrie in den Wänden des
Behälters 10 entsteht;
die Erfindung umfasst jedoch auch Ausführungsformen, wo die Raumausnehmungen vertikal
um einen Abstand getrennt sind, der länger oder kürzer ist als der in den Zeichnungen dargestellte,
so dass sie effektiv überlappen
oder einige Bereiche ohne die Vergrößerung des Querschnitts belassen.
Die Orientierung von zumindest einigen dieser Ausnehmungen kann
auch anders sein.The preferably elliptical Ausneh mung spaces enclosed by the intermediate wall segments are oriented in the same direction, ie their longitudinal axes are parallel to the longitudinal axes of the conical segments 12 . 14 . 16 . 18 and 20 oriented. The level of the highest point of each diaphragm segment is at the same level or above the level of the lowest points of its associated upper wall segment, ie the cavity above it, so that there is a continuous asymmetry in the walls of the container 10 arises; however, the invention also includes embodiments where the space recesses are vertically separated by a distance that is longer or shorter than that shown in the drawings so that they effectively overlap or leave some areas without the enlargement of the cross section. The orientation of at least some of these recesses may also be different.
In 1 ist der untere Kantenbereich 50 des oberen
Wandsegments 12 mit der oberen Kante des Zwischenwandelements 34 verbunden.
Da die Verbindung zwischen der oberen Kante des Zwischenwandelements 34 mit
dem oberen Wandsegment 12 vorzugsweise nicht mit der unteren
Kante 24 des oberen Wandsegments 12 geschieht,
sondern mit dem unteren Kantenbereich 50, entsteht die
erwähnte Überlappung,
wie in 1 dargestellt.
In der vorliegenden Beschreibung beinhaltet der Ausdruck "unterer Kantenbereich" im übrigen die
untere Kante.In 1 is the lower edge area 50 of the upper wall segment 12 with the upper edge of the intermediate wall element 34 connected. Because the connection between the upper edge of the intermediate wall element 34 with the upper wall segment 12 preferably not with the lower edge 24 of the upper wall segment 12 happens, but with the lower edge area 50 , the mentioned overlap arises, as in 1 shown. Incidentally, in the present specification, the term "lower edge area" includes the lower edge.
Das
Zwischenwandsegment 34 ist mit seiner unteren Kante an
der oberen Kante des unteren Wandsegments 14 angebracht.
Das Zwischenwandsegment 34 hat einen allgemein kreisförmigen Querschnitt
und umgibt einen Raum 42, der zwischen dem Zwischenwandsegment 34 ausgebildet
ist. Dieser Raum 42 vergrößert die effektive Querschnittsfläche des
Behälters 10 und
ermöglicht
es den Partikeln, darin gehandhabt zu werden und sich darin auszudehnen
und einen Teil des Drucks aufzuheben, der auf die abwärts strömenden Partikel
einwirkt. Der untere Kantenbereich 50 des oberen Wandsegments 12 kann
sich in dieser Überlappung über einen
bestimmten Abstand L in den Behälter 10 hinein
erstrecken. Der bevorzugte Wert dieses Abstands L wird gemäß der Größe und Gestalt
der handzuhabenden Partikel ausgewählt werden und auch gemäß den Wärmetransferbedingungen,
die durch die Temperaturen innerhalb des Behälters 10 aufgeprägt werden
können. Beispielsweise
kann, wenn die vorliegende Erfindung auf Reaktoren für die direkte
Reduktion von Eisenoxiden verwendet wird, wo das partikelförmige Material
Temperaturen im Bereich von 500 bis 850°C erreichen kann, die Länge L im
Bereich von 5 bis 20 cm liegen. In Anwendungen der Erfindung auf
Reaktoren oder Silos, die Partikel bei hohen Temperaturen handhaben,
kann diese Überlappung
L so bemessen sein, dass die von dem Partikeln übertragene Hitze durch Ableitung
zu dem Rest der Behälterwand
dissipiert wird, so dass die Notwendigkeit für zusätzliche Kühlsysteme für die Kühlung dieser Überlappung vorteilhaft
vermieden wird.The partition wall segment 34 is with its lower edge on the upper edge of the lower wall segment 14 appropriate. The partition wall segment 34 has a generally circular cross section and surrounds a room 42 that is between the diaphragm wall segment 34 is trained. This room 42 increases the effective cross-sectional area of the container 10 and allows the particles to be handled therein and to expand and release some of the pressure that acts on the downflowing particles. The lower edge area 50 of the upper wall segment 12 may be in this overlap over a certain distance L in the container 10 extend into it. The preferred value of this distance L will be selected according to the size and shape of the particles to be handled and also according to the heat transfer conditions imposed by the temperatures within the container 10 can be imprinted. For example, when the present invention is applied to reactors for the direct reduction of iron oxides where the particulate material can reach temperatures in the range of 500 to 850 ° C, the length L may be in the range of 5 to 20 cm. In applications of the invention to reactors or silos handling particles at high temperatures, this overlap L may be such that the heat transferred from the particles is dissipated by drainage to the remainder of the vessel wall, thus obviating the need for additional cooling systems for the Cooling this overlap is advantageously avoided.
Ähnlich wie
das Zwischenwandsegment 34 sind andere Zwischenwandsegmente 36, 38 und 40 vorgesehen,
um weitere Ausdehnungen des Querschnitts zu definieren. Diese Ausdehnungen
sind als 44, 46 und 48 bezeichnet (1).Similar to the partition wall segment 34 are other intermediate wall segments 36 . 38 and 40 provided to define further dimensions of the cross-section. These dimensions are as 44 . 46 and 48 designated ( 1 ).
Die
oberen und unteren Wandsegmente 12 bis 20 können aus
konischen Gestalten aufgebaut sein, die in dem gewünschten
Winkel B abgeschnitten sind, wie in den 4 bis 6 dargestellt.
Wie sich aus diesen Figuren ergibt, und auch aus 3, besteht ein klarer Vorteil darin,
die oberen und unteren Wandsegmente 12 bis 20 sowie
die Zwischenwandsegmente 34, 36, 38 und 40 auf
diese Art und Weise aufzubauen. Insbesondere können diese Segmente mit einiger
Toleranz in ihren Dimensionen hergestellt werden, einfach teleskopisch
ineinander eingesetzt werden und dann verbunden werden, beispielsweise durch
Verschweißen.
Diese Art der Herstellung ist viel kosteneffizienter als die Methode
gemäß dem Stand
der Technik, die ein kontinuierlich spiralförmig gestaltetes Wandelement
vorschlug.The upper and lower wall segments 12 to 20 may be constructed of conical shapes cut off at the desired angle B, as in FIGS 4 to 6 shown. As can be seen from these figures, and also from 3 There is a clear advantage in that, the upper and lower wall segments 12 to 20 as well as the intermediate wall segments 34 . 36 . 38 and 40 build in this way. In particular, these segments can be made with some tolerance in their dimensions, simply telescoped into each other and then connected, for example by welding. This type of fabrication is much more cost effective than the prior art method which proposed a continuous spiral shaped wall element.
In 4 ist das oberste obere
Wandsegment dargestellt. Es hat die Gestalt eines Kegelstumpfes, wobei
die Basis des Kegels in der Nähe
des oberen Endes der Zeichnung dargestellt ist und die Kegelstumpfebene
in der Nähe
des unteren Endes der 4.
Die Basis der Kegelgestalt des obersten oberen Wandsegments 12 ist
rechtwinklig zur Längsachse 12', und die Kegelstumpfebene
ist relativ zur Längsachse 12' geneigt. Insbesondere
ist der Neigungswinkel B nicht rechtwinklig zur Achse 12'.In 4 the uppermost wall segment is shown. It has the shape of a truncated cone, wherein the base of the cone is shown in the vicinity of the upper end of the drawing and the truncated cone in the vicinity of the lower end of the 4 , The base of the conical shape of the uppermost upper wall segment 12 is perpendicular to the longitudinal axis 12 ' , and the truncated cone plane is relative to the longitudinal axis 12 ' inclined. In particular, the inclination angle B is not perpendicular to the axis 12 ' ,
Das
untere Wandsegment in der Kombination aus Wandsegmenten 12, 34 und 14 (3), nämlich das Wandsegment 14,
ist genauer in 5 dargestellt.
Wie sich aus 5 ergibt,
hat auch das Wandsegment 14 die Gestalt eines Kegelstumpfes, wobei
die Basis des Kegels in der Nähe
des oberen Endes der Zeichnung dargestellt ist und in diesem Fall
ebenfalls relativ zur Längsachse 14' des Segments 14 geneigt
ist. Der Winkel der Neigung relativ zur Längsachse 14' des Segments 14 passt
zum Neigungswinkel der Kegelstumpfebene des oberen Wandsegments 12.
In gleicher Art und Weise ist der Neigungswinkel B der Kegelstumpfebene
des Wandsegments 14 im gleichen Winkel B relativ zu seiner Längsachse 14' geneigt.The lower wall segment in the combination of wall segments 12 . 34 and 14 ( 3 ), namely the wall segment 14 , is more accurate in 5 shown. As it turned out 5 also has the wall segment 14 the shape of a truncated cone, wherein the base of the cone is shown in the vicinity of the upper end of the drawing and in this case also relative to the longitudinal axis 14 ' of the segment 14 is inclined. The angle of inclination relative to the longitudinal axis 14 ' of the segment 14 matches the angle of inclination of the truncated cone plane of the upper wall segment 12 , In the same way, the angle of inclination B is the truncated cone plane of the wall segment 14 at the same angle B relative to its longitudinal axis 14 ' inclined.
In 6 ist ein weiteres "unteres" Wandsegment dargestellt,
in diesem Fall das unterste Wandsegment des Behälters 10 aus 3. Dieses unterste Wandsegment 20 hat
auch die Gestalt eines Kegelstumpfes, wobei die Basis in der Nähe des oberen Endes
in Zeichnung dargestellt ist und die Kegelstumpfebene in der Nähe des unteren
Endes der 6. Der Neigungswinkel
der Basis der Kegelgestalt des Wandsegments 20 ist im gleichen
Neigungswinkel B relativ zur Längsachse 20' des Wandsegments 20 geneigt.
Auf diese Art und Weise kann der in 3 dargestellte
Behälter 10 einfacher
hergestellt und montiert werden. Das unterste Wandsegment kann in
einem Auslass 32 münden
(1).In 6 is another "lower" wall segment shown, in this case, the bottom wall segment of the container 10 out 3 , This lowest wall segment 20 also has the shape of a truncated cone, with the base in the vicinity of the upper end is shown in the drawing and the cones blunt plane near the lower end of the 6 , The angle of inclination of the base of the conical shape of the wall segment 20 is at the same angle of inclination B relative to the longitudinal axis 20 ' of the wall segment 20 inclined. In this way, the in 3 illustrated container 10 easier to manufacture and assemble. The lowest wall segment can be in an outlet 32 lead ( 1 ).
Nun
mit Bezug auf 7 bezeichnet
die Bezugsziffer 52 allgemein einen Direktreduktionsreaktor
mit einer oberen Reduktionszone 54 und einer unteren Ausgabezone 56.
Partikelförmiges
Eisenoxidmaterial in Form von Stückerzen,
Pellets oder Mischungen daraus wird dem Reaktor 52 durch
Zuführleitungen 58 zugeführt, und
das Material strömt
durch die Schwerkraft abwärts
durch den Reaktor 52 hindurch mit einer durch herkömmliche
Mittel (aus Gründen
der Einfachheit nicht dargestellt) geregelten Durchflussgeschwindigkeit
und wird durch den Auslass 60 ausgegeben. Die Eisenoxide
werden durch Reaktion mit einem Reduktionsgas, das Wasserstoff und
Kohlenmonoxid aufweist und durch einen Zuführeinlass 62 zugeführt wird
und verbunden ist mit einem Verteilraum 64, aus welchem
es durch Düsen 66 in
das Partikelbett hineingespritzt wird, auf metallisches Eisen reduziert,
wobei das Gas aufwärts strömt und so
im Gegenstrom mit den Feststoffpartikeln. Das reagierte Gas wird
durch einen Gasauslass 68 hindurch herausgezogen, von welchem
aus es regeneriert und wieder der Reaktionszone 54 zugeführt wird.Now referring to 7 denotes the reference numeral 52 generally a direct reduction reactor with an upper reduction zone 54 and a lower output zone 56 , Particulate iron oxide material in the form of lumps, pellets or mixtures thereof is added to the reactor 52 through supply lines 58 fed and the material flows by gravity down through the reactor 52 through a flow rate controlled by conventional means (not shown for simplicity) and passes through the outlet 60 output. The iron oxides are formed by reaction with a reducing gas comprising hydrogen and carbon monoxide and through a feed inlet 62 is supplied and connected to a distribution space 64 from which it flows through nozzles 66 is injected into the particle bed, reduced to metallic iron, wherein the gas flows upwards and so in countercurrent with the solid particles. The reacted gas is passed through a gas outlet 68 pulled out, from which it regenerates and again the reaction zone 54 is supplied.
Am
unteren Bereich der konischen Auslasszone 56 ist der Behälter 70 vorgesehen,
der die Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert, bezeichnet mit den gleichen
Bezugsziffern, die die gleichen Elemente wie in 1 bezeichnen.At the bottom of the conical outlet zone 56 is the container 70 is provided, which embodies the features of the present invention, denoted by the same reference numerals, which are the same elements as in 1 describe.
Ein
typischer Direktreduktionsreaktor hat in seinem zylindrischen Bereich
einen Durchmesser im Bereich von 4,5 bis 6,5 Metern, und seine Höhe beträgt ungefähr 30 bis
35 Meter. Die unterste Bereich, wo die Erfindung verkörpert ist
(Ziffer 70), ist ungefähr
7 Meter groß,
und die Wand konvergiert von ungefähr 3 Metern im Durchmesser
hin zu einem Auslass mit einem Durchmesser von ungefähr 1 Meter. Die
Partikel aus dem reduzierten Eisenerz liegen in Gestalt von Stückerz mit
unregelmäßiger Form
sowie Pellets mit einer im allgemeinen sphärischen Gestalt und Mischungen
dieser Materialien vor. Die Partikelgröße kann von 3 mm bis 30 mm
variieren und eine Schüttgutdichte
zwischen 1,0 und 2,7 Tonnen/Kubikmeter haben, normalerweise zwischen
1,4 und 2,0 Tonnen/Kubikmeter. Der Reibungswinkel zwischen den Partikeln
liegt typischerweise im Bereich von 30 bis 70 Grad, und der Reibungswinkel
zwischen den Partikeln und der Wand von ungefähr 20 bis 35 Grad. Natürlich variieren
die Werte der Reibungswinkel in einem breiten Bereich abhängig von
vielen Merkmalen der Partikel. Das unterste Segment des Reaktors ist
normalerweise aus Kohlenstoffstahl gemacht, aber für mache
Anwendungen kann es auch aus einer sehr Temperaturbeständigen Stahllegierung
gemacht sein (beispielsweise Inconel oder rostfreier Stahl 304).A typical direct reduction reactor has a diameter in the range of 4.5 to 6.5 meters in its cylindrical portion, and its height is about 30 to 35 meters. The lowest area where the invention is embodied (para 70 ), is about 7 meters tall, and the wall converges from about 3 meters in diameter to an outlet with a diameter of about 1 meter. The particles of reduced iron ore are in the form of lumps of irregular shape and pellets of generally spherical shape and mixtures of these materials. The particle size can vary from 3 mm to 30 mm and have a bulk density between 1.0 and 2.7 tonnes / cubic meter, normally between 1.4 and 2.0 tonnes / cubic meter. The friction angle between the particles is typically in the range of 30 to 70 degrees, and the angle of friction between the particles and the wall of about 20 to 35 degrees. Of course, the values of the friction angles vary widely depending on many features of the particles. The lowermost segment of the reactor is usually made of carbon steel, but for some applications it may also be made of a very temperature resistant steel alloy (eg Inconel or stainless steel 304 ).
Die
Tendenz des Materials in dem Reaktor, in dem Behälter 70 Kuppeln zu
bilden, worin der Innendurchmesser kleiner ist verglichen mit dem
Stand der Technik, wird gemäß der Erfindung
eliminiert, und der gleichmäßige Strom
der Feststoffpartikel durch den Reaktor hindurch wird verbessert,
so dass eine homogenere Qualität
des Produkts möglich
wird durch die Auswirkung der elliptischen Raumausnehmungen, die
in einem Winkel B bezüglich
der vertikalen Achse des Reaktors beispielsweise von 40° orientiert sind.The tendency of the material in the reactor, in the container 70 Forming domes wherein the inner diameter is smaller compared to the prior art is eliminated according to the invention and the uniform flow of solid particles through the reactor is improved so that a more homogeneous quality of the product becomes possible through the effect of the elliptical space recesses which are oriented at an angle B with respect to the vertical axis of the reactor, for example, of 40 °.
8 zeigt einen Haltesilo 72,
der die Merkmale der Erfindung verkörpert und zusätzlich Mittel 74, 76 und 78 zum
Einspritzen eines Fluids, beispielsweise Luft oder eines geeigneten
Gases gemäß dem zu
handhabenden Material, in die Ausnehmungsräume 42, 46 und 48 hinein
aufweist, die von Zwischenwandsegmenten 34, 35, 38 und 40 eingeschlossen
sind. Diese Fluideinspritzung kann ein Gas oder eine Flüssigkeit
zum Belüften
von kleinen Partikeln sein, so dass ihr Strom durch den Silo hindurch
erleichtert wird, oder eine Flüssigkeit
oder ein Gas zum Behandeln der partikelförmigen Materialien oder zum
Reagieren mit diesen Materialien. 8th shows a holding silo 72 which embodies the features of the invention and additional means 74 . 76 and 78 for injecting a fluid, for example air or a suitable gas according to the material to be handled, into the recess spaces 42 . 46 and 48 has, that of intermediate wall segments 34 . 35 . 38 and 40 are included. This fluid injection may be a gas or liquid for aerating small particles to facilitate their flow through the silo or a liquid or gas for treating the particulate materials or reacting with these materials.
Natürlich können viele
Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden, und die Erfindung kann
durch mehrere Ausführungsformen
ausgeführt werden,
ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen wird, wie er in den
nun folgenden Ansprüchen definiert
ist; beispielsweise kann der Behälter
natürlich
eine Gestalt haben, die nicht konisch ist, beispielsweise quadratisch
oder rechteckig, und die Innenwände
des Behälters
können
auch mit feuerfestem oder anderen Material ausgekleidet sein, das
geeignet ist, für
einen Kontakt mit den in dem Behälter aufbewahrten
oder verarbeiteten Materialien.Of course, many can
Modifications may be made to the invention, and the invention may be
through several embodiments
be executed
without departing from the scope of the invention as set forth in the
now defined by the following claims
is; For example, the container
Naturally
have a shape that is not conical, such as square
or rectangular, and the interior walls
of the container
can
also be lined with refractory or other material that
is suitable for
a contact with those stored in the container
or processed materials.