DE2934130A1

DE2934130A1 - Verfahren und vorrichtung zur zufuehrung staubfoermiger materialien

Info

Publication number: DE2934130A1
Application number: DE19792934130
Authority: DE
Inventors: Heinz Bachstein; Wolf Dipl Ing Beck; Dieter Dr Ing Eidner; Gerhard Dipl Ing Engel; Guenter Froemer; Peter Dr Ing Goehler; Rolf Dr Ing Guether; Horst Dipl Ing Kretschmer; Wilhelm Dipl Ing Mottitschka; Klaus Dr Ing Scheidig; Manfred Dr Ing Schingnitz; Guenter Dipl Ing Tietze; Manfred Dipl Ing Vogel
Original assignee: MAXHUETTE UNTERWELLENBORN
Current assignee: MAXHUETTE UNTERWELLENBORN
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1979-08-23
Publication date: 1980-04-10
Also published as: DD139271A1; CS241953B1; GB2032597A; BG34843A1

Description

Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur Zuführung staubförmiger Materialien in das Gestell von Schachtöfen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung ataubförmiger Materialien in das Gestell von Schachtöfen, insbesondere von Braunkohlenataub in das Gestell von Hochöfen zur Roheisenerzeugung·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Staubförmige Materialien, insbesondere Kohlenstaub, werden in das Gestell von Schachtöfen über die Windformen eingeblasen, um hochwertige gasförmige, flüssige bzw· feste Brennstoffe zu ersetzen und/oder den spezifischen Verbrauch von metallurgischem Koks zu verringern·

In der BRD-OS 1 433 317 wird eine Vorrichtung zum Einführen von flüssigen, gas- oder staubförmigen Brennstoffen in das Gestell von Schachtöfen beschrieben. Es wird lediglich die Zuführung des Zusatzbrennstoffes in die Windform offenbart, ohne daß die Erzeugung einer Trägergas-Staub-Suspension sowie ihr verschleißarmer Transport und ihre gleichmäßige Verteilung gelöst werden·

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Nach der BRD-OS 22 43 439 werden ein Verfahren und eine Vor- | richtung zur Förderung von Kohlenstaub in einem Hochofen beschrieben, um hauptsächlich metallurgischen Koks einzusparen· Das Verfahren und die Vorrichtung beinhalten, daß der Kohlenstaub über mehrere, alternierend betriebene Druckgefäße einer pneumatischen Förderleitung aufgegeben wird, mit der der Transport zum Hochofen bzw· den Windformen des Hochofens erfolgt·

Die genannte Literaturstelle beschreibt ausführlich den technologischen Ablauf und die erforderlichen Steuervorgänge für die Einführung des Staubes in die pneumatische Förderleitung, ohne jedoch die technischen Aufgaben zu lösen, die sich aus den Forderungen nach Vermeidung von Unstetigkeiten im Kohlenstaubfluß zum Hochofen bei alternierenden Betrieb des Druckgefäßsystems, nach betriebssicheren, verschleißarmen Betrieb der pneumatischen Förderleitung bei möglichst geringer Fördergasmenge und nach gleichmäßiger Aufteilung auf die einzelnen Windformen des Hochofens ergeben«

Schließlich wird in der BRD-OS 1 433 327 ein Verfahren zur Einführung von festem Material in eine Reaktionszone, beispielsweise eines Hochofens beschrieben, das zwar einige der Nachteile der vorher beschriebenen Lösung vermeidet, die Einleitung des Staubββ aus einem Dosier- und Verteilsystem in eine konventionelle pneumatische Förderleitung für den Transport des Staubes zum Hochofen aber beibehält und damit eine wesentliche Reduzierung des Fördergasbedarfes für den pneumatischen Transport des Staubes zum Hochofen und damit verbunden eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit dieses Transportes und eine Verminderung des Verschleißes nicht erreicht· Es ist kennzeichnend, daß in der OS 1 433 327 ausdrücklich die Anordnung eines Zyklonabscheiders am Ende der pneumatischen Förderleitung, unmittelbar über der Einführungsetelle In den Hochofen empfohlen wird, um die in den Hochofen tretende Trägergasmenge zu reduzieren· Diese Anordnung ist natürlich mit

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erheblichen zusätzlichem Aufwand zur Druckregulierung in diesem Zyklon und zur Entstaubung des Abgases verbunden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von staubförmigen Materialien in das Gestell von ί Schachtöfen, insbesondere von Hochöfen, mit einem kontinuierli- £| chen, mit hoher Gleichmäßigkeit, mit hoher Betriebssicherheit ■j und mit geringem Trägergasbedarf arbeitenden System zur Einspeisung, Dosierung und Zuführung des Staubes zum Schachtofen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Einbringen staubförmiger Materialien in das Gestell von Schachtöfen, insbesondere von Hochöfen zur Roheisenerzeugung eine hohe Dosiergenauigkeit zu erreichen, die Verteilung des oder der staubförmigen Materialien auf die Windformen in bestimmten Grenzen regelbar zu gestalten, den Energiebedarf für Einspeisung und Transport der staubförmigen Materialien gering zu halten und mit einer relativ kleinen Menge an Trägermedien für die Suspendierung und Zuführung des staubförmigen Materials auszukommen, d. h. hohe Beladungsverhältnisse von Peststoff zu Trägergas (über 300 kg/m³ Trägergas im Betriebszustand) zu erreichen sowie den Verschleiß bei der Dosierung, Verteilung und Zuführung der staubförmigen Reaktionsmittel gering zu halten.

Die bisher bekannten technischen Lösungen sehen vor, daß zur Dosierung, Zuführung und Verteilung staubföxmiger Brennstoffe für die Injektion in Hochöfen im wesentlichen die bekannten Verfahreneprinzipien der pneumatischen Fördertechnik angewandt werden.

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Der staubförmige Brennstoff wird mittels mechanischer Zuteiler, wie regelbare Zellenradschleuse)! oder Schneckenspeiser oder unter dem Druck eines Gases stehenden Gefäßschleusen, einer pneumatischen Förderleitung zugeführt, in der er mit Hilfe eines Fördergasstromes zum Schachtofen transportiert wird. Obwohl, wie z. B. in der ERD-OS 1 433 327, auch Spitzenwerte bis zu 192 kg/m angegeben werden, wird mit einer solchen Technologie in der Regel eine Staubbeladung des Fordergases von 15-20 kg/nr nicht überschritten· Zur Förderung großer Staubmengen sind somit beachtliche Fördergasvolumina erforderlich, d. h. hohe Gasgeschwindigkeiten mit dem Nachteil einer starken Verschleißwirkung·

Mit hohen Geschwindigkeiten der Staub/Trägergas-Suspension ergeben sich gleichzeitig Probleme der gleichmäßigen Verteilung des Staubes auf die einzelnen Blasformen und des Verschleißes der Verteilereinrichtung·

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe wie folgt gelöst:

Das zur Einspeisung in das Schachtofengestell vorgesehene staubförmige Material wird aus einem Vorratsbunker in einen Druckbehälter, im folgenden als Dosierbehälter bezeichnet, gefördert· Im unterteil dieses Dosierbehälters wird durch Einblasen eines gasförmigen Mediums, im folgenden als Trägergas bezeichnet, die Staubschüttung soweit aufgelockert, daß das staubförmige Material gemeinsam mit dem eingeblasenen !Fragergas über eine in das Unterteil des Dosierbehälters hineinragende und dort beginnende Förderleitung unmittelbar dem Schachtofen zufließt, wo es beispielsweise über eine Lanze in den Heißwindstrom der Windform eines Hochofens injiziert wird· Die Geschwindigkeit des Trägergasstromes im Unterteil des Dosierbehälters wird erfindungsgemäß dabei so gewählt, daß sie dem 0,2 bis 10-fachen, vorzugsweise dem 1 bis 6-fa-

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chen der Wirbelpunktgeachwindigkeit des staubförmigen Materials entspricht, die nr.t bekannten Methoden gemessen werden kanu·

Erfindimgsgamäß beträgt das Verhältnis vom freien Querschnitt der Förderleitung zum freien Querschnitt des Unterteiles des Dosierbehälters etwa 1 : 50 bis 1 : 300.

Die genannte Auflockerung des etaubfb'rmigen Brennstoffes im Unterteil des Dosierbehälters kann dabei soweit gehen, daß von einer partiellen (auf das Unterteil beschränkten) Wirbelschicht gesprochen werden kann· Ss ist charakteristisch für die Erfindung, daß die über dem Unterteil des Dosierbehälters lagernde Schüttung des staubförmigen Brennstoffes den Charakter einer ruhenden SchUttung hat, die entsprechend der Abförderung von staubförmigen Brennstoff zum Schachtofen langsam nach unten rutscht und die im Regelfall nur von der geringen Gasmenge durchströmt wird, die dem Peststoff volumen der aus dem Doeierbehälter abgeförderten Staubmenge entspricht·

Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird eine Beladung des Trägergasstromes mit staubförmigem Brennstoff von beispielsweise 600 kg Staub je m³ Trägergas im Betriebszustand bei einer Reindichte des Staubes von 1500 kg/nr erreicht·

Es wurde gefunden, daß sich durch Veränderung der dem Unterteil des Dosierbehälters zugefUhrten Srägergaemenge sehr genau der dem Schachtofen zufließende Staubstrom (in kg staubförmiger Brennstoff je Zeiteinheit) steuern läßt, wobei in weitem Bereich das Beladungsverhältnis von Staub zu Trägergas konstant bleibt· Es ist deshalb ein weiteres Merkmal des erfindungegemäßen Verfahrenes daß die Regelung der Brennstoffzufuhr zum Schachtofen durch entsprechende Veränderung des Trägergasstromes zum Unterteil des Dosierbehälters erfolgt· Ale Regelimpuls kann dazu beispielsweise eine direkte Messung des Staubstromes in der Zuleitung zum Schachtofen oder eine differenzielle Messung der FUllung des Dosierbehälters verwendet werden·

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Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann die zur Abförde- | rung des Staub-Trägergas-Stromes dienende, in das Unterteil I des Dosierbehälters ragende Förderleitung horizontal oder ver- | tikal von oben oder von unten in den aufgelockerten Teil der Schüttung hineingeführt werden· Die Stetigkeit der Förderung zum Schachtofen wird durch Richtungsänderung der Förderleitung nicht nachteilig beeinflußt, wenn ausreichend große Krümmungsradien gewählt werden· Damit sind beliebige geometrische Anordnungen von Dosierbehälter und Zuführung zum Schachtofen möglich·

Es wurde gefunden, daß die Dosiergenauigkeit für den staubför- f| migen Brennstoff um so höher ist, je geringer der Stand der StaubschUttung im Dosierbehälter Schwankungen unterworfen ist· Ss hat sich deshalb als zweckmäßig erwiesen, den Staubzufluß zum Dosierbehälter über einfache verschleiß- und wartungsarme Einrichtungen, wie Zellenräder oder Schieber, grob zu regeln, wobei als Impulsgeber für eine solche Regelung jede bekannte Füllstandsmeßeinrichtung für staubförmiges Gut dienen kann·

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, das Unterteil des Dosierbehälters, in dem die partielle Wirbelschicht aufrecht erhalten wird, mit geringerem Durchmesser auszuführen, als das Oberteil des genannten Dosierbehälters·

Es wurde gefunden, daß die Homogenität der Staub-Trägergas-Suspension in der Zuleitung zur Windform und die Genauigkeit der Regelung des Staubstromes günstig beeinflußt werden kann, wenn eine über dem gesamten Querschnitt weitgehend homogene Verteilung des eingeblasenen Trägergases im Unterteil des Dosierbehälters erreicht wird· Das Trägergas wird deshalb über Anströmboden aus porösem Material in die StaubschUttung eingeführt, welche erfindungsgemäß bei Normalbetrieb einen Druckverlust aufweisen, der mindestens dem Gewicht der Schüttung je Einheit der Querschnittsfläche entspricht· Als Werkstoff für

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diese Anströmboden kommen beispielsweise Sintermetallplatten, Pilzplatten oder ähnliches in Frage·

Zur gleichmäßigen Verteilung des staubförmigen Brennstoffes auf den Umfang des Schachtofengestells ist es zweckmäßig, mehrere gleichartige Dosier- und Zuführungssysteme gemäß dieser Erfindung zu installieren·

Brfindungsgemäß kann jedoch ein Dosierbehälter auch mit mehreren Unterteilen oder mit einem in mehrere voneinander getrennte Abschnitte gegliederten Unterteil versehen sein.

In jedem dieser Unterteile bzw· Abschnitte kann durch Einblasen eines separaten Trägergasstromes wie oben beschrieben, eine partielle Wirbelschicht erzeugt werden und der Staub Über jeweils eine in das betreffende Unterteil bzw, den betreffenden Abschnitt eintauchende Förderleitung einer bestimmten Stelle am Umfang des Schachtofengestells zugeführt werden·

An der Einblasestelle im Schachtofen herrscht in der Regel ein gegenüber der Atmosphäre erhöhter Druck. Um diesen Druck und zusätzlich die durch den Widerstand der Förderleitung bedingte Druckdifferenz zu überwinden, baut sich im Dosierbehälter ein erhöhter Druck auf· Es ist daher in der Regel notwendig, auch den Vorratsbunker unter erhöhten Gasdruck zu stellen oder in bekannter Weise eine oder mehrere parallele, alternierend betriebene Druckschleusenbehälter zwischen Vorratsbunker und Dosierbehälter anzuordnen«

Für die Bespannung des Vorratsbunkers oder Druckschleusenbehälters und als Trägergas können beliebige inerte Gase wie

\ Stickstoff, CO₂ oder Rauchgase eingesetzt werden* Auch ist es

möglich, Gase aus dem Produktionsprozeß, wie Gichtgase, einzusetzen·

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Bei der Verwendung von Staub aus reaktionsträgen Brennstoffen wie Koksstaub, sowie unter Beachtung der Explosionsgefahr in begrenzten Druckbereichen sowie bei Temperaturen unter 60 ⁰C auch bei Einsatz von reaktionsfreudigen staubfb'rmigen Brennstoffen wie Braunkohlenstaub kann gleichfalls mit Luft als Bespannungs- und Trägergas gearbeitet werden·

Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist, wie dargelegt, die Zuführung von staubförmiger Braunkohle in das Gestell von Schachtofen· Der Braunkohlenstaub hat dabei eine Körnung, die im wesentlichen 0,5 mm beträgt und ist auf einen Wassergehalt in der Regel zwischen 8 % und 12 % getrocknet· In diesem «alle beträgt die auf den freien Querschnitt bezogene Geschwindigkeit des Trägergasstromes im Unterteil des Dosierbehälters 0,005 bis 0,025 m/s und die Geschwindigkeit des Staub-Trägergas-Gemisches in der Förderleitung vom Unterteil des Dosierbehälters zur Einspeisestelle am Schachtofengestell 1 bis 12 m/s·

Die Erfindung läßt auch das Einblasen anderer fester kohlenstoffhaltiger Materialien mit ähnlichen Korngrößen zu· Dabei ist es zweckmäßig, den Wassergehalt unter Berücksichtigung des hygroskopischen Verhaltens dieses Materials so gering wie möglich, in der Regel ebenfalls 12 % einzustellen. Schließlich ist die Erfindung zum Einblasen von schlackenbildenden oder eisenhaltigen feinkörnigen Materialien in Schachtöfen geeignet, wobei abhängig von Korngröße und Dichte des Materials die auf den freien Querschnitt bezogene Geschwindigkeit des Trägergases im Unterteil des Dosierbehälters auf Werte bis 0,1 m/s ansteigen kann, während die Geschwindigkeit des Staub-Trägergae-Gemisches in der Förderleitung im angegebenen Bereich von 1 bis 12 m/s bleibt·

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Ausführungsbe!spiele

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtungen werden nachfolgend an Band von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert· In der Zeichnung zeigen:

Fig.: 1 Schema eines Dosierbehälters mit einem in 3 getrennte Abschnitte geteiltem Unterteil zur Versorgung von 3 getrennten Einspeisestellen im Schachtofen (Schnitt C-D gemäß Fig. 2)

Fig.: 2 Schnitt A-B gemäß Fig. 1

Fig.: 3 Schema des Systems der Einspeisung und Dosierung des staubförmigen Brennstoffs in einer Ausführungsform mit einem Dosierbehälter und 3 Förderleitungen nach Fig. 1 und 2

Bei der Ausführungsform des Verfahrens nach Fig· 1 bis 3 wird das zur Einspeisung in das Schachtofengestell 1 vorgesehene staubförmige Material aus einem Vorratsbunker gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von zwei wechselweise betriebenen Druckschleusenbehältern, über eine Grobdosiervorrichtung bzw. regelbare Drosseleinrichtung 2 in einen Druckbehälter, im folgenden als Dosierbehälter 3 bezeichnet, gefördert· Dabei ist das Unterteil 4 des Dosierbehälters 3 mit geringerem Durchmesser ausgeführt, als das Oberteil des genannten Dosierbehälters 3· Es wird eine Ausführungsform der Erfindung erläutert, bei der unter Verwendung eines Dosierbehälters 3 drei einzeln regelbare Forderleitungen 5 mit Staub versorgt werden· Das Unterteil 4 des Dosierbehälters 3 ist durch drei sternförmig angeordnete Trennwände 6 in drei gleiche sektorenförmige Abschnitte 9 unterteilt worden. Diese Abschnitte 9 sind nach dem Oberteil des Dosierbehälters hin offen, so daß das staubförmige Material aus dem Oberteil frei zulaufen kann·

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Die Trennwände 6 unterteilen auch den Anströmboden 7 und den Zwischenraum zwischen Anströmboden 7 und der Außenwand 8 des Unterteilbodens· Jeder der durch die Trennwände 6 gebildeten Abschnitte 9 des Unterteiles hat unterhalb des Anströmbodens 7 einen Anschluß fUr separat regelbare ZufUhrungsrohrβ 10 für Trägergas, das durch den Anströmboden 7 hindurch in die im jeweiligen Abschnitt 9 des Unterteiles befindliche Staubschüttung eintritt und diese unter Bildung einer partiellen Wirbelschicht auflockert· In jeder dieser Abschnitte 9 endet eine senkrecht von oben herab geführte Förderleitung 5 zur Abführung des Trägergas-Staubstromes zur jeweiligen Einführungsstelle am Schachtofen· Die Regelung des Staubstromes zum Schachtofen erfolgt bei dieser Auaftthrungsform bevorzugt mit Hilfe von Staubstrommeßstellen 11 in den einzelnen Pörderleitungen 5, die auf die Stellventile 12 der jeweiligen Trägergaszuleitungen wirken· Der Füllstand des staubförmigen Materials wird über einen Füllstandsmesser 13 kontrolliert, der die Grobdoeierungeeinricht.ung 2 steuert·

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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Schachtofengestell

2 Grobdosiervorrichtung bzw· regelbare Drosseleinrichtung

3 Dosierbehälter

4 Unterteil

5 Förderleitung

6 Trennwände

7 Anströmboden

8 Außenwand

9 Abschnitte

10 Zuführungsrohre für Trägergas

11 Staubstrommeßstellen

12 Stellventile

13 Füllstandemesser

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Claims

293A130 Erfindungsanspruch —ο r ι.

1. Verfahren zur Zuführung staubförmiger Materialien in das Gestell von Schachtöfen, insbesondere von Braunkohlenstaub in das Gestell von Hochöfen zur Roheisenerzeugung, gekennzeichnet dadurch, daß das stabförmige Material in einem gegen die Umgebung abgeschlossenen Dosierbehälter durch Wirkung der Schwerkraft als quasi ruhende Schüttung dem Unterteil dieses Behälters zufließt, daß im Unterteil des Dosierbehälters durch Einblasen eines gasförmigen Mediums als Trägergas mit einer Geschwindigkeit, die zwischen dem 0,2- und 10-fachen, vorzugsweise dem 1- und 6-fachen der Wirbelpunktgeschwindigkeit für das staubfurmige Material liegt, die Schuttung örtlich begrenzt auflockert und in eine partielle Wirbelschicht überführt und das Trägergas mit hoher Beladung an staubförmigem Material über eine in die aufgelockerte Schicht bzw· partielle Wirbelschicht eintauchende und dort beginnende Förderleitung dem Gestell des Schachtofens zugeführt wird, daß das Verhältnis des lichten Querschnittes der genannten Förderleitung zum freien Querschnitt des aufgelockerten Teils der SchUttung bzw· der partiellen Wirbelschicht zwischen 1:50 und 1:300 gewählt wird und daß der dem Gestell des Schachtofens zufließende Staubetrom durch Verändern des TrägergasHMengenstromes geregelt wird, der in das Unterteil des Dosierbehälters eingeblasen wird·

2, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als staubförmiges Material getrocknete, auf Korngrößen vorzugsweise kleiner als 0,5 mm zerkleinerte Braunkohle mit Wassergehalten von vorzugsweise bis 12 %, andere kohlenstoffhaltige Materialien mit ähnlichen Korngrößen und Wassergehalten sowie schlackenbildende bzw. Pe-haltige feinkörnige Materialien verwendet werden, und daß die auf den freien Querschnitt bezogene Geschwindigkeit des Trägergasstromes im Unterteil des Dosierbehälters auf 0,005 bis 0,1 m/s und die Geschwindigkeit des Staub-Trägergas-Gemisches in der Förderleitung vom Unterteil des Dosierbehälters zur EIn-

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speisecitelle am Schachtofengestell auf 1 bis 12 m/s eingestellt wird·

3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach Funkt und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Dosierbehälter (3) aus einem schachtförmigen Oberteil vorzugsweise kreisförmigen Querschnitts und einem oder mehrerer nach dem schachtförmigen Oberteil zu offenen Unterteilen (4) oder einem in mehrere, nach dem schachtförmigen Oberteil zu offene Abschnitte (9) getrennten Unterteil (4) besteht, das Unterteil (4) oder jeweils die Unterteile (4) oder jeder Abschnitt (9) des Unterteils (4) einen doppelwandigen Boden besitzt, dessen innere Wand aus einem gasdurchlässigen Material gefertigt und ala Anströmboden (7) gestaltet ist und dessen Außenwand (8) mindestens einen Anschluß zur durchflußgeregelten Einleitung eines gasförmigen Mediums enthält, und wobei in dessen oder in deren Innenraum durch die Seitenwand oder durch den doppelwand igen Boden oder durch das schachtförmige Oberteil des Dosierbehälters (3) ein bzw· je ein als Förderleitung (5) dienendes Rohr ragt, das mit der oder den Einspeisestellen im Schachtofengestell (1) verbunden ist·

4· Vorrichtung nach Funkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß das Unterteil (4) des Dosierbehälters (3) einen geringeren Querschnitt als das schachtförmige Oberteil hat und daß die Einziehung des Querschnittes des Oberteils auf den Querschnitt des Unterteils (4) bzw· der Unterteile (4) bzw· der getrennten Abschnitte (9) des Unterteiles (4) so gestaltet ist, daß die im Oberteil des Dosierbehälters (3) befindliche Schüttung des staubförmigen Materials über den Querschnitt gleichmäßig und ohne Kanalbildung nach unten in das Unterteil (4) bzw· die Unterteile (4) bzw· die getrennten Abschnitte (9) des Unterteils (4) des Doeierbehälters (3) rutscht·

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