Förderschnecke für das Fördern von Schüttgütern bei erhöhten TemperaturenScrew conveyor for conveying bulk goods at elevated temperatures
Die Erfindung betrifft eine Förderschnecke für das Fördern von Schüttgütern bei hohen Temperaturen, die in einem Ofen, der beispielsweise zum Calzinieren dient, angeordnet ist.The invention relates to a screw conveyor for conveying bulk goods at high temperatures, which is arranged in an oven which is used, for example, for calcining.
Aus der US 5 846 072 ist ein indirekt beheizter kera- mischer pyrochemischer Reaktor bzw. Ofen beschrieben, in dem eine Förderschnecke aufgenommen ist, die das zu bearbeitende Schüttmaterial durch den Ofen hindurchfördert. Die Förderschnecke besteht dabei aus einer im wesentlichen viereckigen Antriebswelle, auf der eine Achse oder Spindel sitzt, die über ihre Länge eine Spirale trägt. Dabei besteht die Achse aus temperaturstabilem Beton, der durch Keramikstäbe und/oder Rohre verstärkt ist. Die Spirale besteht aus Mullit, Zirkonium und/oder eine formbaren Keramik. In dem Stand der Technik ist Förderschnecke aus mehreren
Einzelsegmenten zusammengesetzt, die jeweils aus einem rohrförmigen Teilstücke mit einem darauf angeordneten Spiralteil ausgebildet ist. Die Teilstücke haben an ihren Enden hervorspringende und vertiefte Eingreifelemente, die bei der Anordnung auf der Antriebswelle jeweils ineinander greifen.An indirectly heated ceramic pyrochemical reactor or furnace is described in US Pat. No. 5,846,072, in which a screw conveyor is accommodated which conveys the bulk material to be processed through the furnace. The screw conveyor consists of an essentially square drive shaft on which an axis or spindle sits, which carries a spiral along its length. The axis consists of temperature-stable concrete, which is reinforced by ceramic rods and / or pipes. The spiral consists of mullite, zirconium and / or a malleable ceramic. In the prior art, screw conveyor is made up of several Assembled individual segments, each of which is formed from a tubular sections with a spiral part arranged thereon. The sections have protruding and recessed engaging elements at their ends, each of which interlock when arranged on the drive shaft.
Eine solche Förderschnecke nach dem Stand der Technik ist relativ kompliziert und aufwendig herzustellen, so dass vom Kostengesichtspunkt eine solche Förderschnecke keine befriedigenden Ergebnisse zeigt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Förderschnecke zum Fördern von Schüttgütern bei Temperaturen oberhalb von 600 °C in einem Ofen zu schaffen, die einfach herzustellen ist, einen einfachen Aufbau aufweist und kostengünstig herzustellen ist.Such a screw conveyor according to the prior art is relatively complicated and expensive to manufacture, so that from the cost point of view such a screw conveyor does not show satisfactory results. The invention is therefore based on the object of providing a screw conveyor for conveying bulk goods at temperatures above 600 ° C. in an oven, which is simple to produce, has a simple structure and is inexpensive to manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Dadurch, dass die Förderschnecke aus einer Mehrzahl von einzelnen Schneckenelementen aus Keramik, insbesondere aus flachen ein-, zwei- oder mehrflügeligen Keramiksegmenten besteht, die hintereinander winkel- mäßig versetzt auf einer Antriebswelle zur Bildung eines modularen Aufbaus angeordnet sind, ist es möglich, eine Förderschnecke für das Fördern und Behandeln von feinkörnigen Schüttgütern bei hohen Temperaturen, d.h. Temperaturen oberhalb der Anwendungs- grenztemperaturen von hitzebeständigen Stählen oder Metalllegierungen einfach und kostengünstig herzustellen, da die einzelnen Segmente in ihrem Aufbau einfach sind. Damit ist die Förderschnecke auch relativ kostengünstig.The fact that the screw conveyor consists of a plurality of individual screw elements made of ceramic, in particular of flat single-, double- or multi-wing ceramic segments, which are arranged one behind the other angularly offset on a drive shaft to form a modular structure, makes it possible to use a screw conveyor for conveying and treating fine-grained bulk goods at high temperatures, ie It is easy and inexpensive to produce temperatures above the application temperature limits of heat-resistant steels or metal alloys because the structure of the individual segments is simple. This means that the screw conveyor is also relatively inexpensive.
Die modulare Bauweise der Förderschnecke verhindert
die Übertragung von Zugspannungen von der Antriebswelle auf die Förderschnecke parallel zur Antriebswelle. Dies reduziert im Einsatz wirkungsvoll die Höhe der GesamtSpannungen in den Keramiksegmenten.The modular design of the screw conveyor prevents the transmission of tensile stresses from the drive shaft to the screw conveyor parallel to the drive shaft. In use, this effectively reduces the level of the total stresses in the ceramic segments.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Siliziumkarbid für die Schneckenelemente. Die Anwendung von keramischen Werkstoffen, die sich durch hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen, wird jedoch durch deren Sprödbruchverhalten begrenzt. Siliziumkarbid ist ein vorwiegend kovalent gebundener Werkstoff, der deswegen nur in geringem Umfang bei höheren Temperaturen Festigkeitseinbußen erleidet.Advantageous further developments and improvements are possible through the measures specified in the subclaims. The use of silicon carbide for the screw elements is particularly advantageous. The use of ceramic materials, which are characterized by high temperature resistance, is limited by their brittle fracture behavior. Silicon carbide is a predominantly covalently bonded material, which means that it only suffers to a small extent at lower temperatures at higher temperatures.
Vorteilhaft ist, dass bei einer quadratischen Antriebswellendurchführung bei einer Versetzung der Einzelelemente um 10° aus nur fünf verschiedenen Ein- zelelementen mit einem Winkel zur Antriebswelle jeweils von 0°, 10°, 20°, 30° und 40° eine Schneckensteigung von 360° hergestellt werden kann. Selbstverständlich können andere Winkel mit entsprechender Anzahl von Einzelelementen vorgesehen sein.It is advantageous that with a square drive shaft bushing when the individual elements are displaced by 10 ° from only five different individual elements with an angle to the drive shaft of 0 °, 10 °, 20 °, 30 ° and 40 °, a screw pitch of 360 ° is produced can be. Of course, other angles with a corresponding number of individual elements can be provided.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the description below. Show it:
Fign. la und lb eine Aufsicht und eine Seitenansicht eines zweiflügeligen Keramiksegments, aus denen die erfindungsgemäße Förderschnecke zusammengesetzt ist,FIGS. la and lb are a top view and a side view of a two-wing ceramic segment from which the screw conveyor according to the invention is composed,
Fign. 2a und 2b eine Aufsicht und eine Seitenan-
auf ein dreiflügliges Keramiksegment, die zum Zusammenbau der erfindungsgemäßen Förderschnecke dienen,FIGS. 2a and 2b a top view and a side view on a three-bladed ceramic segment, which are used to assemble the screw conveyor according to the invention,
Fign. 3 - 7 verschiedene Ansichten auf einFIGS. 3 - 7 different views on one
Versuchsbeispiel einer erfindungsgemäßen Förderschnecke aus unterschiedlichen Perspektiven.Experimental example of a screw conveyor according to the invention from different perspectives.
In Fig. 1 ist ein Schneckenelement dargestellt, das, wie aus Fig. lb zu erkennen ist, als flachen platten- förmiges Teil ausgebildet ist und das aus einem Kera- mikmaterial, wie Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid der Anmelderin geformt ist. Das Schneckenelement 1 weist zwei um 180° gegenüberliegende Flügel 2 auf und ist mit einer Durchgangsöffnung 3 für die Durchführung einer Antriebswelle versehen. Der Querschnitt der Durchführungsöffnung 3 ist im vorliegenden Fall quadratisch mit abgerundeten Ecken und weist hinsichtlich der durchgezogenen Linien einen Winkel von 0° zu der Antriebswelle auf. Aus den gestrichelten Linien ist eine Versetzung der Durchführungsöffnung 3 zu sehen, wobei die Winkelversetzung 10°, 20° und 30° im dargestellten Fall ist. Vorzugsweise kommt noch eine weitere Versetzung von 40° hinzu, wobei mit den fünf verschiedenen Einzelsegmenten 1 eine Schneckensteigung von 360° herstellbar ist.1 shows a screw element which, as can be seen from FIG. 1b, is designed as a flat plate-shaped part and which is formed from a ceramic material such as silicon carbide or aluminum oxide from the applicant. The screw element 1 has two vanes 2 lying opposite each other by 180 ° and is provided with a through opening 3 for the passage of a drive shaft. The cross section of the through opening 3 is square in the present case with rounded corners and has an angle of 0 ° to the drive shaft with respect to the solid lines. An offset of the feed-through opening 3 can be seen from the dashed lines, the angular offset being 10 °, 20 ° and 30 ° in the case shown. A further offset of 40 ° is preferably added, with the five different individual segments 1 producing a screw pitch of 360 °.
Eine solche Förderschnecke ist in den Fign. 3-7 dargestellt, bei denen die Einzelelemente 1 auf der Antriebswelle 4 hintereinander angeordnet sind. Im dargestellten Fall sind somit 19 Keramiksegmente hinter- einander anzuordnen, um die Schneckensteigung vonSuch a screw conveyor is shown in FIGS. 3-7, in which the individual elements 1 are arranged one behind the other on the drive shaft 4. In the case shown, 19 ceramic segments are to be arranged one behind the other in order to increase the screw pitch of
180° herzustellen. Selbstverständlich können auch an-
dere winkelmäßige Versetzungen zwischen den einzelnen Schneckenelementen 1 vorgesehen werden, wobei bei kleineren Winkelversetzungen eine größere Anzahl von unterschiedlichen Schneckenelementen erforderlich ist .180 °. Of course, whose angular displacements are provided between the individual screw elements 1, a larger number of different screw elements being required for smaller angular displacements.
Es ist jedoch auch denkbar, dass alle Schneckenelemente 1 identisch ausgeführt sind, wobei dann jedoch die winkelmäßige Versetzung durch die Ausbildung der Durchführungsöffnung 3 und der entsprechenden Antriebswelle notwendig ist. Beispielsweise kann die Antriebswelle im Querschnitt zackenförmig ausgeführt sein, wobei jeder Zacken die winkelmäßige Versetzung vorgibt. In entsprechender Weise muss dann die Durch- führungsöffnung 3 des Einzelelementes ausgebildet sein.However, it is also conceivable that all screw elements 1 are of identical design, but then the angular displacement is necessary due to the formation of the through opening 3 and the corresponding drive shaft. For example, the drive shaft can have a jagged cross section, with each jig specifying the angular displacement. The through opening 3 of the individual element must then be designed in a corresponding manner.
Die Einzelelemente werden entsprechend den Fign. 3-7 hintereinander auf die Antriebswelle 4 in richtiger Reihenfolge aufgesteckt, wobei abhängig von der Anzahl der Einzelelemente 1 die gewünschte Länge hergestellt werden kann. Die Enden der Förderschnecke werden beispielsweise durch auf der Antriebswelle angeordnete Spannelemente festgelegt, wobei durch Auf- bringen der Spannkraft durch die Spannelemente an beiden Seiten alle Elemente miteinander verspannt sind. Im Ausführungsbeispiel . besteht die Antriebswelle 4 aus einer hohlen gekühlten Metallwelle.The individual elements are made according to FIGS. 3-7 successively plugged onto the drive shaft 4, the desired length being able to be produced depending on the number of individual elements 1. The ends of the screw conveyor are fixed, for example, by clamping elements arranged on the drive shaft, all elements being clamped together on both sides by applying the clamping force by the clamping elements. In the embodiment. the drive shaft 4 consists of a hollow cooled metal shaft.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schneckenelementes dargestellt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel drei Flügel 5 vorgesehen sind, die Durchführungsöffnung 3 mit den entsprechenden winkelmäßigen Versetzungen entspricht der nach Fig. 1.FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a screw element, three vanes 5 being provided in this exemplary embodiment; the through opening 3 with the corresponding angular displacements corresponds to that according to FIG. 1.
In bevorzugter Ausführungsform wird Siliziumkarbid
als Keramikwerkstoff gewählt, da es als vorwiegend kovalent gebundener Werkstoff bei höheren Temperaturen nur geringe Festigkeitseinbußen aufweist.In a preferred embodiment, silicon carbide chosen as the ceramic material, since as a predominantly covalently bonded material it has only a slight loss in strength at higher temperatures.
Außerdem wird der Förderschnecke bzw. ihren Elementen eine gestaltende Form gegeben, die die Belastung unter Einsatzbedingungen im unterkritischen Bereich hält.In addition, the screw conveyor or its elements are given a design shape that keeps the load under operating conditions in the subcritical range.
Hinsichtlich der Form der Einzelelemente werden die Diagonale der Antriebswellenaufnahme bzw. der Durch- führungsöffnugn 3 und ein im Einzelelement 1 einbeschriebener Kreis 6, dessen Mittelpunkt im Zentrum der Antriebswelle liegt und dessen Radius dem kleins- ten Abstand der Außenlinie des Einzelelements 1 zu seinem Zentrum (gleich Zentrum der Antriebswelle) entspricht, definiert. Die Form soll so konzipiert werden, dass die Diagonale der Antriebswellenaufnahme 3 zum Durchmesser D des Kreises 6 1 nicht überschrei- tet, besser 0,9 nicht überschreitet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 kann das Verhältnis festgelegt werden zuWith regard to the shape of the individual elements, the diagonals of the drive shaft receptacle or the lead-through openings 3 and a circle 6 inscribed in the individual element 1, the center of which lies in the center of the drive shaft and the radius of which is the smallest distance between the outer line of the individual element 1 and its center ( equals the center of the drive shaft). The shape should be designed so that the diagonal of the drive shaft holder 3 to the diameter D of the circle 6 does not exceed 1, better not 0.9. In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the ratio can be set to
r) R^ R^ <1 vorzugsweise ≤0,9, wobei B die Breiter) R ^ R ^ <1 preferably ≤0.9, where B is the width
D D der Antriebswellenaufnahme 3 ist (s. Fig. la, 2a).D D is the drive shaft receptacle 3 (see FIG. La, 2a).
Die Antriebswelle 4 besteht aus einem hitzebeständigen Stahl, da eine keramische Antriebswelle wegen des Sprödbruchverhaltens ausscheidet. Eine metallische Welle kann nur bei Temperaturen oberhalb ihrer Anwendungstemperatur eingesetzt werden, wenn sie entsprechend geschützt wird. Eine derartige Schutzmaßnahme zur Senkung der Betriebstemperatur der Antriebswelle 4 auf Temperaturen unterhalb ihrer Anwendungsgrenz- temperatur sind einerseits die keramischen Einzelelemente 1, die zusätzlich als thermische Isolation der
Antriebswelle dienen und andererseits ist die Antriebswelle 4 hohl und wird von innen mittels Durchströmung eines Kühlmediums gekühlt.
The drive shaft 4 consists of a heat-resistant steel, since a ceramic drive shaft is eliminated due to the brittle fracture behavior. A metallic shaft can only be used at temperatures above its application temperature if it is protected accordingly. Such a protective measure for lowering the operating temperature of the drive shaft 4 to temperatures below its application limit temperature are, on the one hand, the ceramic individual elements 1, which are additionally used as thermal insulation of the Serve drive shaft and on the other hand, the drive shaft 4 is hollow and is cooled from the inside by flowing through a cooling medium.