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Einrichtung zum Kühlen von körnigen, insbesondere gesinterten
Materialien
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kühlen von körnigen, insbesondere gesinterten
Materialien, wie Sintermagnesit.
Das Kühlen von körnigen heissen Materialien erfolgt bisher im allgemeinen entweder mit Hilfe von 'Rostkühlern oder Trommelkühlern, wobei im Falle von Rostkühlern durch das auf dem Rost liegende Material von unten her durch den Rost Kühlluft geblasen wird, im Falle von TrommelkUhlern hingegen durch den rotierenden Trommelkühler ein Kühlluftstrom geführt wird, um dem in der Trommel umgewälzten Material beim Durchströmen Wärme zu entziehen.
Als Rostkühler werden üblicherweise Schrdgrostkühler, z. B. Fuller-Schrägrostkühler mit einer Rüt-
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brennungsluft zuführt, geht eine beträchtliche Wärmemenge ungenützt verloren oder kann nur unter Verwendung von kompliziert gebauten Wärmerückgewinnungseinrichtungen verwertet werden.
Bei diesen Rostkühlern kann ferner ein Durchfallen von feinkörnigen Anteilen des zu kühlenden Materials durch die Roste nicht vermieden werden und diese Anteile müssen, wenn sie nicht verloren gehen sollen, durch weitere zusätzliche Einrichtungen abgefangen, gesammelt und der Verwertung zugeführt werden. Weiter muss noch in Betracht gezogen werden, dass auf Grund des Umstandes, dass Rostkühler aus zahlreichen bewegten Teilen aufgebaut sind, nicht nur ihre Herstellung bzw. Konstruktion mit grossen Kosten verbunden ist, sondern auch hohe Instandhaltungskosten entstehen, die zusätzlich noch dadurch erhöht werden, weil die Bauteile infolge der grossen thermischen Beanspruchung auch einem grossen Verschleiss unterliegen.
Schliesslich erfordert der Betrieb solcher Rostkühler naturgemäss auch einen grossen Kraftaufwand, wodurch die Betriebskosten im Verhältnis zur erzielbaren Durchsatzleistung hoch sind.
Bei den bekannten üblichen Trommelkühlern sind nun nur wenige bewegte Teile vorhanden, u. zw. im wesentlichen an der Trommelinnenwand befestigte Förderspiralen bzw. Hubschaufeln, von denen beim Umlauf der Trommel das heisse körnige, z. B. gesinterte, Material gehoben und von oben quer durch den in der Trommel geführten Luftstrom abgeworfen wird. Hiebei reicht aber die Kühlwirkung der durch die Trommel strömenden Luft bei den beispielsweise im Zusammenhang mit dem Betrieb eines Drehofens, dem ein solcher Trommelkühler nachgeschaltet ist, geforderten Durchsatzmengen für eine ausreichende Herabsetzung der Temperatur der zu kühlenden Materialien bei weitem nicht aus.
In der Praxis werden daher solchen Trommelkühlern stets sogenannte Haas-Trommelkühler nachgeschaltet, um die Kühlleistung der vom Drehofen ausgetragenen Menge an gesintertem Material anzupassen.
Ein Haas-Trommelkühler besteht aus einer waagrecht gelagerten Trommel, an deren Innenseite schraubenförmig angeordnete Bleche zur Erzeugung einer Förderbewegung der in der Trommel umgewälz- ten Materialien zur Austragseite der Trommel befestigt sind. Die Trommel taucht mit ihrem unteren Teil in einen Kühlwassertrog ein und trägt aussen inUmfangsrichtungverteilte Schöpfbecher, von denen sternför- mig angeordnete, die Form von Hohlwänden aufweisende doppelwandige Verbindungsstege zu einem in der Trommelachse liegenden zentralen Rohr führen. Diese Wände bzw.
Verbindungsstege bilden in der
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Trommel mehrere Kammern, durch die das zu kühlende Material mittels der an der Innenseite der Trommelwand angeordneten Bleche zur Austragöffnung hin gefördert wird, wobei das Material durch das Eintauchen der Trommel in das Wasser und durch die Berührung mit den durch das Kühlwasser abgekühlten Flächen der sternförmigenHohlwände bzw. doppelwandigen Verbindungsstege abgekühlt wird. Der Anbau einer solchen zusätzlichen Kühleinrichtung an einen Trommelkühler erfordert jedoch nicht nur einen beträchtlichen Baukostenaufwand, sondern naturgemäss auch die Verwendung einer stärkeren Kraftanlage für den Betrieb und damit auch verhältnismässig viel Raum für die ganze Anlage.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, die erwähnten Mängel und Nachteile der oben erörterten bekannten Einrichtungen zum Kühlen von körnigen, insbesondere gesinterten Materialien so weit wie möglich zu beseitigen und die Kühlwirkung von Trommelkühlem so wesentlich zu erhöhen, dass ein Nachschalten von zusätzlichen Kühleinrichtungen auch dann, wenn es sich um ein Kühlen von sehr heissem Material, wie es z. B. beim Sintern von Magnesit oder Dolomit in einem Drehofen anfällt, handelt, entfallen kann.
Es wurde gefunden, dass dieses Ziel dann erreicht werden kann, wenn ein üblicher Trommelkühler mit einem Haas-Trommelkühler unter Anwendung besonderer Massnahmen zu einem Aggregat zusammengefasst wird. Demnach betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Kühlen von körnigen, insbesondere ge- sinterten Materialien, wie Sintermagnesit, mit an der Aussenseite einer drehbaren Trommel angeordneten, in einen Kühlwassertrog eintauchendenSchöpfbcchern, die durch sternförmig zur Drehachse der Trommel verlaufende Verbindungsstege, die in Form von in radialen Ebenen liegendenHohlwänden ausgebildet sind und das Innere der Trommel in einzelne Abschnitte unterteilen, mit einem mit der Trommelkoaxialen zentralen Rohr verbunden sind.
Diese Einrichtung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die Schöpfbecher und ihre Verbindungsstege zum zentralen Rohr in dem an der Austragseite gelegenen Endabschnitt eines Trommelkühlers angeordnet sind, dessen Achse gegen die Waagrechte unter einem vorbestimmten Winkel, vorzugsweise um etwa
3, 50, zum austragseitigen Ende hin geneigt ist, und die Schöpfbecher Taschen bilden, deren Böden im
Abstand hinter den Öffnungen der Verbindungsstege der Schöpfbecher an die Trommelwand anschliessen, und dass vorzugsweise die in radialen Ebenen liegenden Verbindungsstege mit einer Vielzahl von senk- recht zu diesen Radialebenen verlaufenden schlitzförmigen Querkanälen für den Durchtritt von feinkör- nigen Anteilen des zu kühlenden Materials ausgestattet sind.
Das durch die Querkanäle durchfallende feinkörmige Material kann zusätzlich durch Luft, die vom austragseitigen Ende des Trommelkühlers durch diesen durchgeleitet wird, gekühlt werden und das von der Luft gekühlte Feinkorn kann immer wieder, wenn es mit Grobkorn in Berührung kommt, von diesem Wärme aufnehmen und diese beim nachfolgenden Durchrieseln durch die Querkanäle wieder abgeben.
Die Ausbildung der Kühleinrichtung gemäss derErfindung ermöglicht es auf einfache Weise, durch die kombinierte Anwendung von Wasser und Luft zur Kühlung von körnigen Materialien diese schon im End- abschnitt des Trommelkühlers bis auf die gewünschte Temperatur abzukühlen, ohne dass dem Trommelkühler noch eine weitere Kühleinrichtung nachgeschaltet werden muss.
Dadurch werden einerseits die Baukosten für die Anlage vermindert und ein Gewinn an Raum erzielt, und anderseits werden infolge der Herabsetzung des erforderlichen Bedarfes an Energie bzw. Kraft zum Betrieb der Anlage die Betriebskosten gesenkt und auch die Wartung beträchtlich vereinfacht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich hinsichtlich der Wärmeausnützung, weil bei dem relativ kleinen Bedarf an Kühlluft diese nach dem Austritt aus der Trommel zur Gänze verwertet und z. B. einem Sinterofen zugeführt werden kann, in welchem ihr Wärmeinhalt vollständig ausgenützt wird. Das erwärmte Kühlwasser kann ohne grossen konstruktiven Aufwand einer geeigneten Verwendung zugeführt werden.
Ein besonders wichtiger Vorteil dieser Kühleimichting besteht aber vor allem darin, dass bei der gemäss der Erfindung erfolgenden kombinierten Anwendung von Wasser und Luft zum Kühlen des körnigen Materials im Endabschnitt des Trommelkühlers trotz des kleineren Kraftaufwandes und des einfacheren Aufbaues der Anlage als bisher eine wesentlich grössere Tagesleistung oder Durchsatzmenge als bei bisher bekannten Anlagen gleicher Grösse erzielt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen einige besonders bevorzugte Beispiele und Ausführungsformen der Kühleinrichtung gemäss der Erfindung näher erläutert sind.
In den Fig. 1 und 2 sind eine erste und ine zweite Ausführungsform der Kühleinrichtungdargestelltund Fig. 3 zeigt einen A bschnitt eines Verbindungssteges der Einrichtung in Ansicht in Richtung des Pfeiles a in den Fig. l und 2. In Fig. 4 ist ein gemäss der Erfindung ausgebildeter Trommelkühler mit einem einteiligenKühlwas- sertrog und einem Drehantrieb in Seitenansichtdargestellt. Fig. 5 veranschaulicht in teilweise aufgeschnittener Seitenansicht den Endteil eines abgeänderten Trommelkühlers mit mehreren Kühlabschnitten und einer Lauf-
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rollenabstützung am freien Ende der Trommel.
Die Fig. 6 und 7 zeigen in Seitenansicht bzw. im Querschnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6 den Endabschnitt eines im Kühlbereich erweiterten Trommelkühlers.
Bei der in Fig. l dargestellten Ausführungsform des Trommelkühlers sind im auslaufseitigen Endab- schnitt einer in Richtung des Pfeiles d angetriebenen Trommel an der Aussenseite der Trommelwand 1 in regelmässigen Umfangsabständen z. B. fünf Schöpfbecher 2 angeordnet, die jeweils abwechselnd Wasser aus einem Trog aufnehmen. Von diesen Schöpfbechern führen in sternförmiger Anordnung doppelwandige
Verbindungsstege 3 zu einem mit der Trommel koaxialen, an den Stirnseiten 4 (Fig. 3) verschlossenen
Zentralrohr5 mit Öffnungen 16. Die Trommelachse ist zum austragseitigen Ende hin um einen bestimm- ten Winkel geneigt, um ein Wandern des in der Trommel umgewälzten Materials zum Austragende hin zu bewirken.
Dieser Neigungswinkel beträgt in der Praxis etwa 3, 50. Gemäss der Erfindung bilden die
Schöpfbecher 2 tiefe Taschen 6, deren Böden 7 in einem beträchtlichen Abstand hinter den Öffnungen 8 der Verbindungsstege 3 an die Trommelwand 1 anschliessen.
Die Verbindungsstege 3 sind als Taschen bzw. Hohlwände ausgebildet. die in radialen Ebenen der
Trommel liegen und von einer Mehrzahl schlitzförmiger Querkanäle 9 durchsetzt sind, die senkrecht zu den Radialebenen durch die Verbindungsstege 3 verlaufen. Die Weite der Schlitze ist so bemessen, dass von dem in den sektorenförmigen Kammern 10 zwischen den Verbindungsstegen 3 und der Trommelwand 1 umgewälzten, zu kühlenden Material 11 feinkörniges Gut 12 bis zu einer bestimmten Korngrösse noch durch die Schlitzöffnungen durchtreten und quer zur Trommelachse in die darunterliegende Kammer fal- len kann ; dabei wird dieses feinkörnige Gut 12 durch einen vom Austragende 13 zum ofenseitigen Ende
14 (Fig. 4) der Trommel durch diese geführten Luftstrom zusätzlich gekühlt.
Das gekühlte Feinkorn 12 fällt in die jeweils nächste untere Kammer 10, vermengt sich dort mit dem Grobkorn 11, nimmt von diesem wieder Wärme auf und wird beim Durchfallen in die nächste Kammer wieder gekühlt. Die Schlitz- weite wird entsprechend der jeweils gewünschten oberen Grenze der Korngrösse des Materials, das noch durch die Schlitze fallen soll, gewählt und kann z. B. bei einer oberen Korngrössengrenze von 5 mm etwa
8 mm betragen.
Wie aus Fig. 1 deutlich erkennbar ist, wird an der unteren Hälfte des aufsteigenden Teiles der Trommelwand 1 (in der Zeichnung rechts) das an diesem Wandteil anliegende, zu kühlende Material 11 durch das in der jeweils aussen liegenden Tasche 6 des betreffenden Schöpfbecners 2 befindliche Wasser an einer relativ grossen Fläche von aussen her kräftig gekühlt. In gleicher Weise wird das in den Kammern 10 beim Umwälzen jeweils mit den oberen Wänden der Verbindungsstege 3 in Berührung kommende Material durch da3 in diesen Rohren aus den Schöpfbechern zum zentralen Rohr 5 strömende Wasser von aussen gekühlt.
Gleichzeitig damit wird auch noch das beim Umwälzen jeweils an die freie Oberfläche gelangende Material durch die in der Trommel strömende Luft (Strömungsrichtung der Kühlluft in Richtung der Pfeile k in Fig. 4 und 5) wirksam direkt gekühlt. Die Grösse der Öffnungen 16 in der Wand des zentralen Rohres wird in Abhängigkeit vom Radius und der Drengeschwindigkeit der Trommel, dem Fassungsraum und der Anzahl der Schöpfbecher und der Weite der Verbindungsstege vorzugsweise so gewählt, dass die Verbindungsstege nie vollständig leerlaufen.
Eine noch höhere Kühlwirkung kann nach einer besonderen Ausführungsform dann erreicht werden, wenn zwischen je zwei in Umfangsrichtung der Trommel benachbarten Schöpfbechern 2 je ein als abflussloser Schöpfbecher ausgebildeter Zusatzbecher 17 angeordnet wird, der gleichfalls eine tiefe Tasche 6 mit einem Boden 7 bildet. Das in diesen Zusatzbechern enthaltene Wasser kühlt zunächst am aufsteigenden Teil der Trommel auch das an den Wandabschnitten der Trommelwand 1 zwischen den Schöpfbechern 2 anliegende Material 11 in den Kammern 10 und ergiesst sich nach dem Überschreiten der Scheitellinie der Trommel als Überrieselwasser in Richtung des Pfeiles z über den absteigenden Teil der Trommelwand. Hiebei entzieht dieses Wasser der Trommelwand wieder einen Teil der auf diese vom heissen Material in den Kammern übergegangenen Wärme.
Die Kühlwirkung kann erforderlichenfalls noch weiter erhöht werden, indem den Schöpfbechem 2 und gegebenenfalls auch den Zusatzbechern 17 zusätzlich zu dem Wasser, das sie abwechselnd aus dem unter dem Trommelkühler angeordneten Trog aufnehmen, noch weiteres Wasser zugeführt wird. Dies kann z. B. mit Hilfe einer oder mehrerer Leitungen bzw. Düsenrohre 18 (Fig. 7) bewirkt werden, die aus einer Frischwasserleitung oder durch eine Pumpe aus dem erwähnten Trog gespeist werden. Dadurch werden die beim Aufsteigen bereits teilweise durch die Verbindungsstege entleerten Schöpfbecher 2 bzw. Zusatzbecher 17 wieder soweit nachgefüllt, dass ihr Inhalt auch bei starker Durchströmung der Verbindungsstege 3 so lange ausreicht, bis diese im Zuge der Bewegung der Trommel die Scheitelebene durchlaufen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten abgeänderten Ausführungsform des Trommelkühlers wird die Kühl-
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wirkung des Wassers auf die Trommelwand 1 dadurch erhöht, dass die Tasche 22 der Schöpfbecher 21 bis zum jeweils nächsten Schöpfbecher verlängert wird und bis zur Wand 23 der Öffnung 8 dieses nächsten
Schöpfbechers reicht. Dadurch wird eine bessere Füllung der Verbindungsstege 3 erzielt und ferner ergiesst sich nach dem Überschreiten der Scheitellinie der Trommel noch die allenfalls in der Tasche der Schöpfbecher verbliebene Restmenge an Wasser aussen über die Trommelwand.
Die Wasserkühlung des Trommelkühlers kann im Rahmen der Erfindung in verschiedener Weise zur
Wirkung gebracht werden. Bei normaler Kühlanforderung kann dem gekühlten Abschnitt des Trommel- kühlers ein einteiliger, durchgehender Kühlwassertrog zugeordnet sein. Eine solche Anordnung ist in Fig. 4 veranschaulicht, in der ein Trommelkühler 25 gezeigt ist, der in bekannter Weise zwischen seinem ofen- seitigen Ende 14 und seinem an der Austragseite 13 gelegenen wasser- und luftgekühlten Endabschnitt 27 mittels schematisch angedeuteter Laufringe 28 auf Laufrollenkränzen 29 abgestützt und wie üblich durch ein Zahnradgetriebe 30 in Drehung versetzt wird, das über ein Drehzahlreduktionsgetriebe 31 mit einem
Antriebsmotor 32 verbunden ist.
DieSchöpfbecher des gekühlten Endabschnittes 27 der Trommel 25 schöp- fen das Wasser aus einem einteiligen Kühlwassertrog 26, in welchem der Wasserspiegel das an der Aus- tragseite IS'gelegene Ende der Trommelwand unten berührt. Vom Kühlwassertrog wird am heissen Ende, also dem gegen das ofenseitige Ende 14 des Kühlers gerichteten Ende, in regelbarer Menge erwärmtes
Wasser abgezogen und einer passenden Verwertung zugeführt. Als Ersatz für das abgezogene Wasser wird dem Kühlwassertrog am kalten Ende Frischwasser in der erforderlichen Menge zugeführt.
Bei höheren betriebstechnischen Anforderungen kann bei nahezu unverändertem Wasserverbrauch eine grössere Kühlleistung erzielt werden, wenn, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, der gekühlte Endabschnitt 35 der Trommel mit grösseremDurchmesser als der übrige Teil der Trommel ausgebildet ist, so dass stets ein
Teil der Trommelwand unter den Wasserspiegel im Kühlwassertrog 33 eintaucht (Fig. 7).
Bei sehr grossen Anforderungen kann eine besonders intensive'Kühlung durch Unterteilung des ge- kühlsten Endabschnittes in mehrere Abschnitte erzielt werden. Bei den in den Fig. 5 und 6 dargestellten
Anordnungen ist der gekühlte Endabschnitt 34 bzw. 35 des Trommelkühlers sozusagen in drei Abschnitte, nämlich in einen heissen Abschnitt, einen mittleren Abschnitt und einen kalten Abschnitt, unterteilt und auch der Kühlwassertrog 33 ist durch Trennwände in drei Abteile 40,41 und 42 gegliedert.
Vorzugsweise sind in diesem Fall auch die Verbindungsstege 3 und das zentrale Rohr 5 in der Längsrichtung des Kühlers durchtrennwände in Abschnitte von entsprechender Länge unterteilt. Wie bei praktischen Versuchen ermittelt worden ist, kann bei einem solchen dreistufigen Kühlsystem bei günstigstem Wasserverbrauch und geringsten
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ser abgezogen und dem heissen Abteil 40 des Kühlwassertroges zugeführt wird, während der Wasserstand in den Abteilen 41 und 42 des Troges durch Zufuhr von Frischwasser aufrechterhalten wird. Aus dem heissen Abteil 40 des Kühlwassertroges kann über einen Überlauf oder durch eine Pumpe heisses Wasser abgezogen und einer gewünschten Verwertung zugeführt werden.
Wenn eine Zufuhr von Zusatzwasser zu den Schöpf-
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zugeführt werden, die von einer an die Abteile 41 und 42 des Kühlwassertroges angeschlossenen Pumpe oder aus einer Frischwasserleitung gespeist werden können. Zur Regelung der Mengen bei der Überleitung, Ableitung und Zuleitung von Wasser von und zu den einzelnen Abteilen des Kühlwassertroges können die Pumpen oder in die Leitungen eingeschaltete Ventile mittels Fühlern, z. B. Schwimmern oder Thermostaten, vollautomatisch gesteuert werden.
Der gemäss der Erfindung gekühlte, austragseitige Endabschnitt des Trommelkühlers, z. B. der Abschnitt 34 der Trommel in Fig. 5, kann durch einen endseitig ausserhalb des Kühlwassertroges angeordneten Laufring 44 auf. einem Laufrollenkranz 45 zusätzlich abgestützt werden, wodurch die Belastungskräfte besser als bei freitragender Ausführung des gekühlten Endabschnittes der Trommel verteilt werden und die Beanspruchung durch Biegungs- und Verdrehungskräfte herabgesetzt wird.
Im gekühlten Endabschnitt des Trommelkühlers sind Hubschaufeln oder schraubenförmige Förderleisten oder Leitbleche zur Weiterbeförderung des zu kühlenden Materials nicht erforderlich, weil infolge der Neigung der Trommelachse zum Austragende das in der Trommel befindliche Material beim Umwälzen automatisch allmählich zur Austragöffnung der Trommel wandert.
Die Erhöhung der Kühlwirkung durch die gemäss der Erfindung angewendete kombinierte Wasser- und Luftkühlung im austragseitigen Endabschnitt eines normalen Trommelkühlers gegenüber den bisher bekannten Trommelkühlern konnte durch Ausführung von. Vergleichsversuchen festgestellt werden.
Ein normaler Trommelkühler von 2, 8 m Durchmesser und 30 m Länge kühlt bei einer Leistung von etwa 16, 5 t/h, die einem Tagesdurchsatz von etwa 400 t entspricht, gesintertes Material mit einer
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Körnung von 0 bis 25 mm von 1300 bis 14000C auf 250 bis 3000C ab.
Durch Einbau einer zusätzlichen Wasserkühlung am austragseitigen Endabschnitt des Trommelkühlers ist es möglich, einen beträchtlichen Teil der Restwärme aus dem Material zu entziehen, so dass die End- temperatur des Materials nach Verlassen des kombinierten Wasser-Luft-Trommelkühlers gemäss der Erfin- dung bei 500C liegt.
Es ist somit durch diese Massnahme die Kühlwirkung so erhöht, dass sich das Nachschalten eines Haas-
Kühlers erübrigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Kühlen von körnigen, insbesondere gesinterten Materialien, wie Sintermagnesit, mit an der Aussenseite einer drehbaren Trommel angeordneten, in einen Kühlwassertrog eintauchenden
Schöpfbechern, die durch sternförmig zur Drehachse der Trommel verlaufende Verbindungsstege, die in
Form von in radialen Ebenen liegenden Hohlwänden ausgebildet sind und das Innere der Trommel in ein- zelne Abschnitte unterteilen, mit einem mit der Trommel koaxialen zentralen Rohr verbunden sind, da- durch gekennzeichnet, dass die Schöpfbecher (2) und ihre Verbindungsstege (3) zum zentralen Rohr (5) in dem an der Austragseite (13) gelegenen Endabschnitt (27,34, 35) eines Trommelkühlers (25) angeordnet sind, dessen Achse gegen die Waagrechte unter einem vorbestimmten Winkel,
vorzugsweise um etwa
3, 50, zum austragseitigen Ende (13) hin geneigt ist, und die Schöpfbecher (2) Taschen (6) bilden, de- ren Böden (7) im Abstand hinter den Öffnungen (8) der Verbindungsstege (3) der Schöpfbecher an die
Trommelwand (1) anschliessen, und dass vorzugsweise die in radialen Ebenen liegenden Verbindungsste- ge mit einer Vielzahl von senkrecht zu diesen Radialebenen verlaufenden schlitzförmigen Querkanälen (9) für den Durchtritt von feinkörnigen Anteilen des zu kühlenden Materials ausgestattet sind.