EP3794295A1 - Rotary tube apparatus - Google Patents

Rotary tube apparatus

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Publication number
EP3794295A1
EP3794295A1 EP19727590.2A EP19727590A EP3794295A1 EP 3794295 A1 EP3794295 A1 EP 3794295A1 EP 19727590 A EP19727590 A EP 19727590A EP 3794295 A1 EP3794295 A1 EP 3794295A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow tubes
welding
drehrohparparat
sections
ribs
Prior art date
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Granted
Application number
EP19727590.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3794295B1 (en
EP3794295C0 (en
Inventor
Niclas SCHULTHEIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grenzebach BSH GmbH
Original Assignee
Grenzebach BSH GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grenzebach BSH GmbH filed Critical Grenzebach BSH GmbH
Publication of EP3794295A1 publication Critical patent/EP3794295A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3794295B1 publication Critical patent/EP3794295B1/en
Publication of EP3794295C0 publication Critical patent/EP3794295C0/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D15/00—Handling or treating discharged material; Supports or receiving chambers therefor
    • F27D15/02—Cooling
    • F27D15/0206—Cooling with means to convey the charge
    • F27D15/0273—Cooling with means to convey the charge on a rotary hearth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D15/00—Handling or treating discharged material; Supports or receiving chambers therefor
    • F27D15/02—Cooling
    • F27D15/0206—Cooling with means to convey the charge
    • F27D15/028—Cooling with means to convey the charge comprising a rotary drum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
    • F27B7/38—Arrangements of cooling devices
    • F27B7/40—Planetary coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D11/00—Heat-exchange apparatus employing moving conduits
    • F28D11/02—Heat-exchange apparatus employing moving conduits the movement being rotary, e.g. performed by a drum or roller
    • F28D11/04—Heat-exchange apparatus employing moving conduits the movement being rotary, e.g. performed by a drum or roller performed by a tube or a bundle of tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
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    • F27D2009/0051—Cooling of furnaces comprising use of studs to transfer heat or retain the liner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/007—Cooling of charges therein
    • F27D2009/0072—Cooling of charges therein the cooling medium being a gas
    • F27D2009/0078—Cooling of charges therein the cooling medium being a gas in indirect contact with the charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

Definitions

  • the invention relates to a rotary kiln, in particular a sectional cooler for cooling a free-flowing solid, with attached to its walls structures for increasing the heat conduction according to the preamble of claim 1.
  • a rotary kiln is used for cooling or heating a free-flowing Guts, in particular a bulk material.
  • a rotary tube apparatus is used, in particular in its embodiment as a sectional cooler, for continuous processes in process engineering.
  • coolers are used to cool very hot products such as calcined pigments, slags, metal oxides and hydroxides, cement clinker, sponge iron, scale, activated carbon, catalysts, Coke, metallurgical residues, etc. required. Without cooling the very hot products, further process control is often not possible. In many cases, the heat energy contained in the solid is to be at least partially recovered in the context of the technologically necessary cooling.
  • Apparatus and methods for cooling such bulk materials which are of an initial temperature of e.g. 700 ° C to 1400 ° C to final temperatures of e.g. 80 ° C to 200 ° C must be cooled.
  • coolers that use a direct contact of ambient air with the material to be cooled, are used for this task with air or water indirectly operated rotary kiln cooler.
  • “Indirectly” means that the cooling medium, for example water or air, does not come into direct contact with the hot product to be cooled, but a heat exchange takes place from the hot product to the cooling medium via an apparatus wall separating the media.
  • BESTATIGUNGSKOPIE US 1 218 873 A, US 2 283 129 A and US 2 348 446 A disclose indirect air-cooled solids coolers which operate with both a single closed drum housing and those which guide the solids in multiple tubes within a drum ,
  • a rotary tube is sprayed from the outside with water; or the drum passes through a water bath as described in US 4 557 804 A, wetting the surface of the rotating drum with water and cooling the wall of the apparatus, while cooling the hot product in the drum by heat dissipation to the cooled wall of the apparatus ,
  • EP 0 567 467 B1 discloses a rotary tube cooler with a rotary tube, which rotates within a fixed, bricked envelope and in which the cooling medium, for example air or water, flows in the cavity formed between the rotary tube and the lining.
  • the cooling medium for example air or water
  • sectional coolers As they have become known by the Grenzebach BSH GmbH, to increase the heat exchanger surface, a plurality of chambers, for example six or eight chambers, the so-called sections, created, which are located in a rotary drum housing, creating a cavity arises between the chambers. Based on the cross section of a cylindrical housing so that each chamber fills a circular sector or circular cross-section.
  • hot product cooling water is passed through the cavities formed in the drum housing between the sections.
  • the supply and removal of the cooling water via a sealed rotary joint on the side of the product discharge of the drum and pipe connections to or from the individual double tubes.
  • Such sectional coolers have a special construction, leading to a high material and labor costs in the production, especially by the required extensive welding.
  • the drum housing itself also necessarily has a high weight, because the drum and the walls of the chambers must be made thick walls for strength reasons. Although both lead to a high total weight of the apparatus, but allows a particularly effective heat dissipation.
  • Sectional coolers consist essentially of a rotating rotor, which is usually driven by a chain. At the ends of the rotor are rigid housings for the product supply and removal. Depending on the size of the radiator, the rotor is either mounted on the ends of its own axle (axle radiator) or has a rotary-tube-typical raceway bearing. Inside the rotor consists of a plurality of section-shaped chambers, which are arranged pie-shaped around a central hollow shaft. This arrangement is completely surrounded by the outer jacket. In the section-shaped chambers are conveying elements. Depending on the requirements, these can be shovels, chains or the like. Depending on requirements, sectional coolers with diameters between 0.8 and 4 m and lengths of 3 to 30 m are built.
  • Sectional coolers work with indirect water cooling.
  • the cooling water passes through an inner central hollow shaft between the individual sections, flows around them and exits through an outer central hollow shaft again.
  • the product to be cooled usually falls directly into the product housing and is transported by the rotational movement and the conveying elements to the other end of the radiator.
  • the rotation ensures a permanent mixing of the product in the sections and thus a good heat transfer.
  • the product can be conveyed in cocurrent or countercurrent to the cooling medium.
  • Sectional coolers can be used to cool almost all free-flowing bulk solids. They are often found behind rotary kilns in calcination processes or the like. Their main goal is usually to cool down the products so that they can be handled with other apparatus (conveyors, grinders, etc.). Often, cooling itself is an important part of the manufacturing process.
  • Typical products include: As petroleum coke, Zinkblenderöstgut, soda, pigments and many more.
  • the inlet temperatures of the products can be up to 1400 ° C.
  • the invention relates to any Drehrohparparate that are used for cooling or heating a free-flowing Guts.
  • a rotary tube apparatus reference will always be made to a rotary tube refrigerator and its cooling function;
  • the invention is intended for use with any introduced into such a rotary tube cooler pourable Good.
  • the hollow tubes are arranged in rows which extend in the longitudinal direction of the rotary tube apparatus.
  • two adjacent rows of hollow tubes each have an offset arrangement of the hollow tubes.
  • the hollow tubes can be applied for example by screws, gluing or riveting on the walls of sections.
  • welding methods are also suitable, in particular submerged arc welding, gas metal arc welding, friction welding or stud welding.
  • a particularly adapted to the hollow tubes and therefore particularly suitable method is the sleeve welding.
  • the hollow tubes have a length of less than 10 cm, in particular less than 5 cm. They particularly preferably have a length of 3.6 cm.
  • the hollow tubes have a diameter of less than 5 cm, in particular of 3.0 cm.
  • the hollow tubes have a wall thickness of 1 cm or less, in particular of 0.5 cm.
  • the rotary tube cooler has a plurality of sections, on the radial walls and on the circular arc wall a higher density of hollow tubes have as in the corner regions between the radial walls and between the radial walls on the one hand and the circular arc wall on the other.
  • the sections each have about 500 ribs or 500 hollow tubes per meter of length of the rotary tube cooler.
  • the invention also relates to a method for operating a rotary tubular apparatus, in particular a rotary tube cooler, as described above.
  • the method is characterized in that the solid moves around the hollow tubes in a turbulent flow.
  • FIG. 1 is a representation of the wear of a component (vertical axis), for example, the rotary tube apparatus, as a function of the ratio of the hardness of the material of the component to the hardness of a wear body (horizontal axis), for example of zinc oxide,
  • Fig. 2 is an illustration of the wear of a component (vertical axis), for example, of the rotary tube apparatus, as a function of the ratio of the hardness of the material of the component to the hardness of zinc oxide (horizontal axis) for various materials usable in a rotary tube apparatus;
  • FIG. 3 shows a representation of the Brinell hardness [HBW] (vertical axis) as a function of the elongation at break, measured in [%], for various materials (horizontal axis) that can be used in a rotary tube apparatus, in particular for its cooling function-carrying components such as the cooling fins,
  • HCW Brinell hardness
  • FIG. 7 is a sectional view of a section of a section of a sectional cooler with a rectangular rib, which is connected via a screw and a nut with a wall of the section,
  • FIG. 8 is a sectional view of a section of a section of a sectional cooler with a corrugated rib in cross-section
  • FIG. 10 shows a cross section through a schematically illustrated sectional cooler with eight sections, which are each partially filled with a free-flowing material (shown in black),
  • 11 is an isometric cross-sectional view of a sector of a
  • Sectional cooler according to FIG. 10 which is equipped with rows of hollow ribs according to FIG. 9,
  • Fig. 12 is a plan view in rows in on an inner wall of a
  • 13 shows a representation of a particle of a product to be cooled flowing around the rib.
  • a large number of criteria are taken into account when optimizing a rotary tube cooler.
  • the best possible combination of material, joining method and geometry is determined.
  • the optimization of the heat transfer of the rotary tube cooler, in particular of the sectional cooler is improved by the introduction and optimization of the cooling fins.
  • the substrate to be cooled is introduced at a high temperature, for example up to 950 ° C., into a rotary tube cooler, for example a sectional cooler. Due to the constant cooling of the sections by a cooling fluid, such as water, the temperatures of the sections are lowered. Depending on the geometry, however, cooling fins in the sections can reach a temperature of, for example, 550 ° C., proportionately at the inlet of the product.
  • the mechanical stresses of the ribs are low. They are limited to loads due to contact with the product.
  • the ribs have no supporting or strength-increasing role within the sectional cooler. It is therefore also possible to consider materials whose limit of use is below the said 550 ° C.
  • the main stress lies in the region of the wear resistance through the substrate to be cooled or heated, for example powdered zinc oxide. Depending on the composition of the atmosphere within the sectional cooler, processes of high temperature corrosion may also take place.
  • the choice of materials is limited to metals and their alloys as well as ceramic materials.
  • the ceramic materials despite their good properties in terms of corrosion resistance, have poor thermal conductivity. In addition, their brittle behavior is to be judged critically.
  • the materials available for selection are shown in Table 1 with some of their properties. As shown in the selection, materials of different categories are included in the process of selection. For example, the sectional cooler with all its Built-in components mainly of structural steel S235JR with material number 1.0038. Also suitable, however, are other alloys, for example of aluminum or magnesium, as well as various steel grades.
  • the selection of the material to be used is made according to a plurality of criteria. Since the main stress on the cooling fins, which is caused by the zinc oxide wear, it is necessary to minimize this.
  • the types of wear occurring are sliding wear and impact wear.
  • a high resistance to the two types, which are composed of the mechanisms of abrasion and surface dislocation, can be achieved by a combination of high hardness and ductility.
  • the mechanism of abrasion can be counteracted by a high hardness of the material.
  • the wear is divided by abrasion in three zones.
  • the zone with a ratio of less than 0.6 the greatest wear is caused by the low hardness of the component.
  • a range with a ratio of the hardness of the two components between 0.6 to 1.2 there is a transition from the wear high position to the wear low position. From a value of 1, 2, the wear is minimized by abrasion, since the wear body can not penetrate into the component due to its lower hardness.
  • the tempering steel 25CrMo4 is the only material that is in the wear low-lying position.
  • the magnesium alloy, the pure nickel and the carbon steel, are in the range of maximum wear by abrasion. All other materials are in the area of the transition (Fig. 2).
  • the surface smoothness is also important, and the materials are also judged against their wear resistance.
  • the elongation at break can be used. This reflects the ductility of the materials, which counteracts with increasing levels of surface disruption.
  • FIG. 3 compares the material properties of the hardness with respect to the elongation at break, since the wear is dependent on the combination of both properties.
  • the proportion of abrasion outweighs that of the surface disruption. This is due to the small particle diameters of the zinc oxide between 0 mm and 6 mm. Accordingly, a weighting factor is included, which is not considered in Figure 3.
  • the ratio of the abrasion to the surface disruption is, for example, too.
  • the thermal conductivity of the individual materials is taken into account. Regardless of the geometry can be achieved by the use of particularly suitable materials with higher thermal conductivity increased heat fluxes.
  • the number of usable materials can be limited depending on the joining method.
  • the thermal expansion coefficient must be taken into account. If the sections are made of structural steel, the coefficient is about 12 x If the cooling fins are made of other materials, tensions may arise. The sections and cooling fins have room temperature during the joining process. When the cooler is put into operation, the temperature rises and the components expand. With materials of different coefficients of thermal expansion, these therefore expand differently. Due to this difference in the expansions, stresses arise in the region of the joining zone.
  • the aluminum alloy has the highest thermal conductivity, but also a high difference to the thermal expansion coefficient of structural steel. Together with the magnesium alloy, which has a significantly lower thermal conductivity than the aluminum alloy, the greatest stresses are to be expected in the region of the joining zone. All other materials have a similar range of thermal expansion coefficient and thermal conductivity, with X6CrMoS17 ferritic stainless steel having the lowest thermal conductivity.
  • the heat flow shown in Figure 5 results in dependence on the thermal conductivity. It shows a course that is similar to a root function. At low values of thermal conductivity increases the heat flow steep. With increasing thermal conductivities, the heat flow continues to increase, but the slope of the gradient decreases sharply. For this reason, the heat flux of X6CrMoS17 is about 20% lower than that of S235JR, although the thermal conductivity is over 50% below that.
  • the thermal conductivity of the aluminum alloy exceeds the value of the structural steel by more than 200%. The gain in heat flow, however, is only 20%. The course thus approaches a maximum heat flow.
  • Fig. 5 shows the transferred heat flow as a function of the thermal conductivity.
  • Another evaluation criterion is the thermal diffusivity with respect to the explained thermal fatigue. Although the number of operating cycles of a sectional cooler is small, since they are taken out of operation almost exclusively for maintenance and repair, thermal fatigue of the cooling fins may still occur if the thermal conductivity is too low. Therefore, higher temperature conductivities of the materials, as well as the geometries are preferable to cracks in the components and
  • FIG. 6 graphically illustrates the thermal conductivity of the materials versus the thermal diffusivity.
  • the aluminum alloy again provides the best result due to its high thermal and thermal conductivity. Since the thermal conductivity is composed of the thermal conductivity, the density and the specific heat capacity, it becomes clear why the aluminum alloy having the low density and the high heat conductivity has a high thermal conductivity.
  • the magnesium alloy also has a high thermal conductivity. In terms of thermal diffusivity, the alloy X6CrMoS17 has the worst characteristics. The other materials have approximately the same temperature conductivities, with the known differences inticianleitmaschineen.
  • the factors or evaluation criteria described above such as hardness, elongation at break, thermal conductivity, expansion coefficient, thermal conductivity, heat flow and the costs evaluated. Depending on the importance of the individual evaluation criteria, these are provided with weighting factors, for example (see Table 2).
  • the transferred heat flow with the same weighting factor is also included in the evaluation, since it has been shown that the thermal conductivity is decisive for the heat flow, but has no linear course. Accordingly, the determined heat flow serves as an additional factor to compensate for this nonlinearity. Another major influence is the criteria associated with wear and fatigue of the materials.
  • the evaluation is carried out by providing the highest value of a rating criterion with the value one.
  • the value zero forms the lower limit.
  • a linear course is formed so that the remaining values lie between the two limits.
  • the determined values are multiplied by the respective weighting factor. This is done for the different evaluation criteria and finally the individual results are added up.
  • the best possible valuation of the sum is thus at the value one.
  • Example: The alloy 25CrMo4 has the highest hardness with 216 HBW. Accordingly, this corresponds to the value 1. It follows that for each 2.16 HBW, the remaining materials each receive 0.01 evaluation points. This results in a value of 0.57 for the structural steel S235JR with a hardness of 123 HBW. Multiplied by the weighting factor, the values are 0.3 and 0.171.
  • the tempering steel has the considerable disadvantage that in the case of a weld, it must be annealed for several hours with low stress at temperatures between 680 ° C and 720 ° C and then cooled slowly to reduce stresses within the heat affected zone by welding. In the case of the large components of a sectional cooler, this also means, in addition to the time, a great technical outlay.
  • the easily weldable structural steel S355JR does not only need such a time-consuming, but also cost-intensive after-treatment.
  • the tempered steel 25CrMo4 is preferable in all joining methods, except in welding, where the advantages of structural steel outweigh the ease of handling.
  • a big advantage of bonding is that with all metals a good pretreatment can achieve an equivalent result. Accordingly, different material combinations are possible. However, depending on the type of adhesive used, other factors must be considered.
  • Structural adhesives can absorb stresses up to 30 MPa. This is much lower than the other joining methods. However, in order to be able to bear these stresses, very complex pretreatments of the workpieces are necessary, since only in this way can a good wetting of the surfaces take place, which is decisive for the quality of the bond. Since a uniform and thin layer thickness of the adhesive is also crucial, both sections and cooling fins must meet high tolerances. Despite the low thermal conductivity of the adhesive, the heat flow is only imperceptibly changed due to the small layer thickness.
  • screw connections can endure significantly higher stresses by adapting the components used, such as screws and nuts.
  • a large number of holes must be introduced into the sections through which the screws are passed. This reduces the stiffness of the sections.
  • this area must be sealed. This requires the use of other components.
  • the clamping force between the screw head and the nut additionally creates, in addition to the weakening of the sections through the bores, stresses in the sections which overlap with the stresses occurring during operation.
  • a rib 2 In a section 1 (FIG. 7) of a sectional cooler, a rib 2 has a rectangular shape (rectangular rib) and is connected by a screw 3 and a nut 4 to a wall 5 of the section 1. In this way, the rib 2 forms a bearing surface for the screw head of the screw 3. By using screws 3, the ribs 2 can be replaced non-destructively.
  • rivet connections can also be used
  • the method of press connection requires the use of ribs, which are at least partially inserted through the wall of the section.
  • the wall of the section and the respective rib can additionally be glued or welded.
  • Another method for making a connection between the ribs and the wall is joining by welding divided into two categories. Both submerged arc welding and gas metal arc welding are used, as well as friction welding and stud welding.
  • Submerged arc welding is not suitable for all welding positions, as the powder lies loosely on the welding zone. Thus, only welding positions can be realized with low inclination.
  • Each section of a sectional cooler consists of two joined parts. These are welded together after the introduction of the turning strips and conveying blades.
  • the welding torches of the MSG welding which can be automated as well as manually, have significantly smaller dimensions.
  • the preparations to weld the ribs to the sections are less than the preparations required for gluing, screwing or riveting. Inaccuracies can be compensated by introducing additional welding filler.
  • the ribs need only be chamfered to ensure full contact.
  • the material has approximately the same thermal conductivity as the starting material. Thus, welds with full area contact between fin and section can provide very good results in terms of the transferred heat flow between the two components.
  • Friction welding is characterized by a very good quality in the area of the weld zone. The strength is above that of the base material. Also, the thermal load and, associated therewith, distortion and residual stresses are lower than in a fusion welding process.
  • Stud welding is characterized by very short welding times. These are significantly lower than those of friction welding. Due to the short welding times, the thermal load is lower than, for example, in MIG / MAG welding. The strength of the cohesive connection is higher than that of the base material. Also, the compound is not affected by aging processes, as is the case with bonds.
  • the preparation of the weld zone is identical to that of MSG or submerged arc welding (UP welding) and therefore also significantly lower than the other methods considered.
  • UP welding submerged arc welding
  • the sections need not be provided with elaborate holes with minimal tolerances. Welding additives are not required, only a shield against the atmosphere by a protective gas is necessary.
  • the mild steel S355JR is preferable to the tempered steel 25CrMo4 because it is very easy to weld and requires no after-treatment.
  • the structural steel S355JR is a low-alloyed structural steel, an inert gas is recommended as the protective gas, as this is less expensive than an inert gas.
  • a geometry of the cooling fins is also provided which satisfies a plurality of criteria, in particular with regard to the heat flow.
  • the heat flow, based on the contact surface between the fin and the section is used to determine the heat flow, based on 1 mm 2 .
  • the efficiency of the different geometries can be estimated independently of the size of the rib or its contact surface with the section. Since some ribs, such as the paddle-shaped ribs occupy a significantly larger area of the section than their contact surface, this is taken into account by a projected area, ie the area which is covered by the contour of the rib
  • the heat flow is also related to the projected area.
  • the weight of the ribs is also included in the evaluation.
  • the heat flow serves as another criterion of the efficiency of the considered geometry. By a high quotient heat flow and weight therefore result in better use of resources, reducing material consumption and associated material costs.
  • the weighting of the different criteria is shown in Table 4.
  • the two heat flows related to the surfaces are the decisive criteria of the geometries. For this reason, the weighting factors together are 0.65.
  • the reference of the heat flow to the weight of the rib gives an indication of the efficiency of the rib, but no decisive information about the general improvement of the heat flow to the currently used cooling fin. For this reason, the criterion is not negligible, but factorized with a weighting factor of 0.2 lower than the heat flows, based on the areas. With a weighting factor of 0.15, the thermal diffusivity is below the other factors. This is justified because the ratio of the heat flows at different times, especially for the thermal fatigue is crucial.
  • Table 5 shows the evaluation of the geometry.
  • the tubular geometry of the cooling fin will be explained below using the example of a standardized tube.
  • the dimensions are taken, for example, from DIN EN 10220.
  • the evaluation is carried out identically to the above given again evaluation.
  • the same evaluation criteria with the same weighting factors are used.
  • another evaluation criterion, the heat flow is added. Since it is a pipe rib, this addition is possible without further adjustments.
  • the heat flow is weighted by a factor of 0.3.
  • the maximum achievable sum thus increases to the value 1, 3.
  • Table 6 shows the evaluation of the optimization of diameter and wall thickness.
  • Geometry determines the most preferred length of the rib.
  • the arrangement in combination with the number is also crucial for the transferred heat flow.
  • Fig. 10 The graphical determination of the area coverage of a preferably inclined mounted or alternatively horizontally mounted sectional cooler 8 is shown in Fig. 10 in cross section. It turns out that every section of the section is covered over a similar period of time. Thus, there is no area where attachment of cooling fins would not have a positive effect. Considering the distribution of the zinc oxide more closely, it is noticeable that the product has different speeds in the different areas.
  • the areas marked A, A 'and A "in Fig. 10 are the zones where the zinc oxide flows at lower speeds while traveling at higher speeds in the areas B, B' and B".
  • the positions within the cooler can be determined for the heat transfer coefficients.
  • the additional gain in transferred heat flow is clearly visible in all areas of the cooler.
  • the ratio of the heat flow between finned and non-finned surface increases by a further 15%.
  • the distribution of the ribs over the length of the radiator should be uniform.
  • the Montage selbiger can be kept simple. This advantage outweighs the small advantage of the increased ratio of heat flow in the lower temperature range.
  • the preferred number of cooling fins to be introduced is also determined.
  • both the heat flows of the contact surface to the cooling fin, but also the heat flows of the bottom plate, which surround the rib, are included.
  • the geometry of rectangular strips for example with the dimensions 9.9 m x 0.01 m x 0.03 m and those of the pipe ribs used, will be considered.
  • the maximum number of ribs per section is limited to 917 per meter of cooler. With this number of ribs, a heat flow is achieved, which is twice as high as that of the prior art.
  • the heat flow of the rectangular ribs is already achieved from a number of 205 ribs.
  • a geometry of the ribs results in a section 9 of a sectional cooler 8 according to the invention, as shown in FIG.
  • FIG. 12 shows the top view of the tube ribs 10 in one of the zones of higher particle velocity.
  • the ribs 10 between the rib rows 11, 12 they are always flowed through by the fine-grained zinc oxide. This reduces the rate of zinc oxide on the one hand, but on the other hand, turbulence is achieved by the deflection of the grains, which improves the convective heat transfer.
  • the arrow shown in Fig. 12 indicates the flow direction.
  • An example of what the flow around one of the fins 10 might look like is shown in FIG.
  • the particles are deflected outwards. Behind the rib create several turbulences, which are characteristic of turbulent currents. It also shows that lower velocity particles are directly behind the rib.
  • conveyor blades are also provided within the sections.
  • the selected joining process is characterized by very short welding times, so that the welding of the many ribs can be done in as short a time as possible. These short welding times are accompanied by lower thermal loads than in other fusion welding processes. This is also reflected in slight warpage of the sections and low residual stresses in the region of the heat affected zone.
  • Another advantage is the ease of use of the welding gun, so that less trained personnel can perform the welds; However, the welding can also be done automatically by a welding robot. By the small size of the welding gun, the accessibility to the sections is also granted.
  • the diameter of the ribs 10 d 30 mm.
  • the mechanical properties of the material exceed those of the base material in the area of the joining zone. In combination with the selected material for the ribs 10, thus results in the area in which the product on the ribs 10, a high resistance to the predominantly proportionate abrasion.
  • the hardness of the structural steel S355JR exceeds that of the section by almost 40%. Due to the low weight of the selected geometry, the additional costs due to the higher-grade structural steel are negligible.
  • the walls of the section 8 and the ribs have at least substantially equal values. Due to the same coefficients of thermal expansion caused by temperature differences no stresses due to different degrees of expansion of the components. The problem of thermal fatigue is also eliminated due to the same thermal diffusivity of the two materials, as previous coolers with S235JR turntables have also not exhibited any signs of fatigue of this type.
  • both materials are mild steel or low-alloy steels, they can be welded very well. In addition, no post-treatments of the joining zone are necessary.
  • the ribs 10 can be easily produced by cutting through pipes. Another advantage is that the selected steel is a very widespread steel.
  • the geometry of the rib already convinces without optimization by a very good result.
  • the values exceed those of the optimized rectangular rib.
  • the optimization achieves even better results.
  • the geometry is characterized by a large heat exchange surface with a low weight.
  • ribs 10 are preferably arranged offset. This achieves that the original task of the turning strips to reduce the wear of the sections, despite the new geometry is met.
  • the circular geometry coupled with the staggered arrangement of the ribs, creates a more turbulent flow which enhances heat transfer.
  • the outside of the rib is constantly in contact with the product to be cooled, which also ensures a high heat transfer.
  • cooling fins 10 per section 8 The considered value of 500 cooling fins 10 per section 8, relative to one meter in length, is only an example.
  • the torque required to set the radiator in rotation less.
  • the degree of reduction of the required power of the engine decreases its load, or it can be installed in a cheaper motor with less power. Connected with this, the energy requirement of the system drops.
  • the mechanical loads in the area of the pinion and the ring gear for the transmission of the motor drive on the outer wall of the rotary tube cooler decrease.
  • the loads that act on the bearings decrease.
  • the load or dimensioning of the foundations can also be smaller or smaller depending on the number of ribs.
  • the locations of the sectional coolers are distributed around the world. However, the production of the coolers always takes place at the same location.
  • each of the eight sections of this cooler is equipped with 16 turning strips. Their task is to reduce the speed of the particles to minimize the wear of the sections. Since it has been shown that more heat energy is also transmitted by the turning strips, they consequently also serve as cooling fins. With regard to the optimization of this property, the turning bars are examined.
  • the material is determined by considering seven different relevant properties.
  • the wear mechanisms by which the ribs are loaded are on the one hand abrasion, which can be reduced by a high hardness of the material, and surface disruption, which is lowered by the ductility.
  • the differences in the thermal expansion coefficients are included in the evaluation.
  • the evaluation of the ten materials yields the result that the structural steel S355JR is best suited for use as a material of the cooling fins, taking into account the joining method selected subsequently.
  • Higher hardness compared to the alloy S235JR reduces abrasion wear. Due to identical values of the heat conduction and the heat flow of the structural steel S355JR to the structural steel S235JR no losses are to be noted in the area of the heat transfer. Since both materials also have the same coefficient of thermal expansion, there are no stresses in the contact area between rib and section due to temperature differences between the state during operation and at times when the cooler is not in operation.
  • MAG welding is used with elongated cooling fins.
  • the cooling fins are to be provided with two bevels and connected by a double HV seam over the entire surface with the sections cohesively.
  • stud welding is suitable for very good mechanical properties of the joining zone due to its very short welding times.
  • no additives are necessary. The preparation is limited to the separation of the ribs to the required length and the required skill of operating a stud welder is low.
  • a list of the weight difference depending on the number of introduced cooling fins shows the potential potential of the optimized pipe ribs.
  • the economic optimum is to be determined from the costs of increasing assembly costs in relation to the saved material, the weight and the resulting further possible savings, with increasing number of cooling fins.
  • the corresponding economic and technical design of the cooler is to be carried out. Since the results of this work and the associated geometry of the cooling fins are visually and technically very different from those of the competitors, it will be examined to what extent they can be patented or are to be protected.

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Abstract

The invention relates to a rotary tube apparatus for cooling or heating pourable bulk materials, in particular a sectional cooler (8) for cooling a pourable solid, having structures attached to the walls thereof for increasing the heat conduction. The invention is characterized in that the structures comprise hollow tubes (10).

Description

Drehrohrapparat  Rotary tube apparatus
Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehrohrapparat, insbesondere einen Sektionalkühler zum Kühlen eines rieselfähigen Feststoffs, mit an seinen Wänden angebrachten Strukturen zur Erhöhung der Wärmeleitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Drehrohrapparat dient zum Kühlen oder Erwärmen eines rieselförmigen Guts, insbesondere eines Schüttguts. Ein Drehrohrapparat wird, insbesondere in seiner als Ausgestaltung als Sektionalkühler, für kontinuierliche Prozesse in der Verfahrenstechnik eingesetzt. The invention relates to a rotary kiln, in particular a sectional cooler for cooling a free-flowing solid, with attached to its walls structures for increasing the heat conduction according to the preamble of claim 1. A rotary kiln is used for cooling or heating a free-flowing Guts, in particular a bulk material. A rotary tube apparatus is used, in particular in its embodiment as a sectional cooler, for continuous processes in process engineering.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zum Kühlen von sehr heißen Produkten bekannt. In verschiedenen industriellen Bereichen, wie besonders der Metallurgie, der chemischen Industrie, der Baustoffund Zementindustrie sowie der Recyclingindustrie werden Kühler zur Kühlung von sehr heißen Produkten wie beispielsweise gebrannten Pigmenten, Schlacken, Metalloxiden und -hydroxiden, Zementklinker, Eisenschwamm, Zunder, Aktivkohle, Katalysatoren, Koks, Hüttenwerks-Reststoffen, etc. benötigt. Ohne eine Kühlung der sehr heißen Produkte ist eine weitere Prozessführung häufig nicht möglich. Vielfach soll im Rahmen der technologisch notwendigen Kühlung die im Feststoff enthaltene Wärmeenergie wenigstens teilweise zurückgewonnen werden. Various devices and methods for cooling very hot products are known in the art. In various industrial sectors, such as in metallurgy, the chemical industry, the building materials and cement industry and the recycling industry, coolers are used to cool very hot products such as calcined pigments, slags, metal oxides and hydroxides, cement clinker, sponge iron, scale, activated carbon, catalysts, Coke, metallurgical residues, etc. required. Without cooling the very hot products, further process control is often not possible. In many cases, the heat energy contained in the solid is to be at least partially recovered in the context of the technologically necessary cooling.
Es existieren daher verschiedene Technologien, d.h. Vorrichtungen und Verfahren zur Kühlung solcher Schüttgüter, die von einer Ausgangstemperatur von z.B. 700° C bis 1.400° C auf Endtemperaturen von z.B. 80° C bis 200° C abgekühlt werden müssen. There are therefore different technologies, i. Apparatus and methods for cooling such bulk materials, which are of an initial temperature of e.g. 700 ° C to 1400 ° C to final temperatures of e.g. 80 ° C to 200 ° C must be cooled.
Neben der Verwendung von Kühlern, die einen direkten Kontakt von Umgebungsluft mit dem zu kühlenden Gut nutzen, werden für diese Aufgabe mit Luft oder mit Wasser indirekt betriebene Drehrohrkühler eingesetzt. "Indirekt" heißt, dass das Kühlmedium, beispielsweise Wasser oder Luft, nicht direkt mit dem zu kühlenden heißen Produkt in Berührung kommt, sondern ein Wärmeaustausch vom heißen Produkt über eine die Medien trennende Apparatewand an das Kühlmedium erfolgt. In addition to the use of coolers that use a direct contact of ambient air with the material to be cooled, are used for this task with air or water indirectly operated rotary kiln cooler. "Indirectly" means that the cooling medium, for example water or air, does not come into direct contact with the hot product to be cooled, but a heat exchange takes place from the hot product to the cooling medium via an apparatus wall separating the media.
BESTATIGUNGSKOPIE Aus US 1 218 873 A, US 2 283 129 A und US 2 348 446 A sind indirekt mit Luft betriebene Feststoffkühler bekannt, die sowohl mit einem einzigen, geschlossenen Trommelgehäuse arbeiten, als auch solche, die den Feststoff in mehreren Rohren innerhalb einer Trommel führen. BESTATIGUNGSKOPIE US 1 218 873 A, US 2 283 129 A and US 2 348 446 A disclose indirect air-cooled solids coolers which operate with both a single closed drum housing and those which guide the solids in multiple tubes within a drum ,
Weiterhin ist es aus DE 44 06 382 C2, DE 33 31 744 C2, US 3 829 282 A, US 3 920 381 A; US 4 021 195 A; US 4 089 634 A und US 4 131 418 A bekannt, heißes Schüttgut, wie beispielsweise in der Zementindustrie anfallende, heiße und zu kühlende Klinker in mehreren, um ein Austragsende eines Drehrohrofens angeordnete Rohre einzuführen und durch die Drehung des Ofens und damit der Kühlrohre zu fördern. Bei derartigen Kühlern erfolgt die Kühlung der das heiße Produkt führenden Kühlrohre durch freie Konvektion der Umgebungsluft. Furthermore, it is known from DE 44 06 382 C2, DE 33 31 744 C2, US Pat. No. 3,829,282 A, US Pat. No. 3,920,381 A; US 4 021 195 A; No. 4,189,634 A and US Pat. No. 4,131,418 A disclose hot bulk material, such as hot and chilled clinker in the cement industry, in a plurality of tubes arranged in order to produce a discharge end of a rotary kiln, and through the rotation of the furnace and thus of the cooling tubes promote. In such coolers, the cooling of the hot product leading cooling tubes by free convection of the ambient air.
Bei den einfachsten Bauformen indirekt mit Wasser gekühlter Drehrohrkühler wird ein Drehrohr von außen mit Wasser besprüht; oder die Trommel läuft durch ein Wasserbad, wie in US 4 557 804 A beschrieben, wodurch die Oberfläche der drehenden Trommel mit Wasser benetzt wird und die Apparatewandung kühlt, während wiederum das heiße, in der Trommel befindliche Produkt durch Wärmeableitung an die gekühlte Apparatewand gekühlt wird. In the simplest designs indirectly with water cooled rotary tube cooler, a rotary tube is sprayed from the outside with water; or the drum passes through a water bath as described in US 4 557 804 A, wetting the surface of the rotating drum with water and cooling the wall of the apparatus, while cooling the hot product in the drum by heat dissipation to the cooled wall of the apparatus ,
Aus EP 0 567 467 B1 ist ein Drehrohrkühler mit einem Drehrohr bekannt, welches sich innerhalb einer feststehenden, gemauerten Umhüllung dreht und bei dem das Kühlmedium, beispielsweise Luft oder Wasser, in dem zwischen dem Drehrohr und der Ausmauerung gebildeten Hohlraum strömt. EP 0 567 467 B1 discloses a rotary tube cooler with a rotary tube, which rotates within a fixed, bricked envelope and in which the cooling medium, for example air or water, flows in the cavity formed between the rotary tube and the lining.
Eine ähnliche Lösung, in der der Trommelmantel durch ein von Kühlwasser durch- strömtes Rohrsystem gebildet wird, ist aus US 1 711 297 A; US 4 711 297 A, EP 0 217 113 A2 und DE 35 34 991 AI bekannt. Die Bauform einer derartigen, einfachen Trommel bedingt eine geringe Oberfläche für den Wärmeaustausch und dadurch eine geringe Kühlleistung der Apparatur. In der Patentschrift US 2 362 539 A wird ein Kühler beschrieben, der mit mehreren auf einem kreisrunden Umfang angeordneten produktführenden Rohren arbeitet, wobei die Rohre zur Kühlung von oben mit Wasser besprüht werden und das Wasser in eine darunter liegende Wanne abläuft. Im Falle von Sektionalkühlern, wie sie durch die Grenzebach BSH GmbH bekannt geworden sind, wird zur Erhöhung der Wärmetauscherfläche eine Mehrzahl von Kammern, beispielsweise sechs oder acht Kammern, den sogenannten Sektionen, geschaffen, die sich in einem Drehtrommel-Gehäuse befinden, wodurch ein Hohlraum zwischen den Kammern entsteht. Bezogen auf den Querschnitt eines zylinderförmigen Gehäuses füllt damit jede Kammer einen Kreissektor oder Kreisquerschnitt aus. A similar solution, in which the drum shell is formed by a pipe system through which cooling water flows, is known from US Pat. No. 1,171,297 A; No. 4,711,297 A, EP 0 217 113 A2 and DE 35 34 991 A1. The design of such a simple drum requires a small surface area for the heat exchange and thus a low cooling capacity of the apparatus. US Pat. No. 2,362,539 A describes a cooler which operates with a plurality of product-carrying tubes arranged on a circular circumference, the tubes being sprayed from above with water for cooling and the water flowing into an underlying trough. In the case of sectional coolers, as they have become known by the Grenzebach BSH GmbH, to increase the heat exchanger surface, a plurality of chambers, for example six or eight chambers, the so-called sections, created, which are located in a rotary drum housing, creating a cavity arises between the chambers. Based on the cross section of a cylindrical housing so that each chamber fills a circular sector or circular cross-section.
Zur Kühlung des in den Kammern (Sektionen) befindlichen oder durch die Kammern geförderten heißen Produktes wird Kühlwasser durch die im Trommelgehäuse gebildeten Hohlräume zwischen den Sektionen geleitet. Die Zu- und Abführung des Kühlwassers erfolgt über ein abgedichtetes Drehgelenk auf der Seite des Produktaustrages der Trommel und Rohrverbindungen zu bzw. von den einzelnen Doppelrohren. For cooling the located in the chambers (sections) or promoted by the chambers hot product cooling water is passed through the cavities formed in the drum housing between the sections. The supply and removal of the cooling water via a sealed rotary joint on the side of the product discharge of the drum and pipe connections to or from the individual double tubes.
Derartige Sektionalkühler weisen eine besondere Konstruktionsweise auf, die zu einem hohen Material- und Arbeitsaufwand in der Herstellung, speziell durch die erforderlichen umfangreichen Schweißarbeiten führen. Das Trommelgehäuse selbst hat außerdem notwendigerweise ein hohes Gewicht, weil die Trommel und die Wandungen der Kammern aus Festigkeitsgründen dickwandig ausgeführt werden müssen. Beides führt zwar zu einem hohen Gesamtgewicht der Apparatur, erlaubt jedoch eine besonders effektive Wärmeableitung. Such sectional coolers have a special construction, leading to a high material and labor costs in the production, especially by the required extensive welding. The drum housing itself also necessarily has a high weight, because the drum and the walls of the chambers must be made thick walls for strength reasons. Although both lead to a high total weight of the apparatus, but allows a particularly effective heat dissipation.
Sektionalkühler bestehen im Wesentlichen aus einem sich drehenden Rotor, der meist über eine Kette angetrieben wird. An den Enden des Rotors befinden sich starre Gehäuse für die Produktzu- und abfuhr. Je nach Baugröße des Kühlers ist der Rotor entweder an den Enden der eigenen Achse gelagert (Achskühler) oder besitzt eine drehrohrtypische Laufringlagerung. Innen besteht der Rotor aus mehreren sektionsförmigen Kammern, die kuchenstückförmig um eine, zentrale Hohlwelle angeordnet sind. Diese Anordnung wird komplett vom Außenmantel umgeben. In den sektionsförmigen Kammern befinden sich Förderelemente. Diese können je nach Anforderung Schaufeln, Ketten oder Ähnliches sein. Je nach Anforderung werden Sektionalkühler mit Durchmessern zwischen 0,8 und 4 m und Längen von 3 bis 30 m gebaut. Sectional coolers consist essentially of a rotating rotor, which is usually driven by a chain. At the ends of the rotor are rigid housings for the product supply and removal. Depending on the size of the radiator, the rotor is either mounted on the ends of its own axle (axle radiator) or has a rotary-tube-typical raceway bearing. Inside the rotor consists of a plurality of section-shaped chambers, which are arranged pie-shaped around a central hollow shaft. This arrangement is completely surrounded by the outer jacket. In the section-shaped chambers are conveying elements. Depending on the requirements, these can be shovels, chains or the like. Depending on requirements, sectional coolers with diameters between 0.8 and 4 m and lengths of 3 to 30 m are built.
Sektionalkühler arbeiten mit indirekter Wasserkühlung. Das Kühlwasser gelangt dabei durch eine innere zentrale Hohlwelle zwischen die einzelnen Sektionen, umströmt diese und tritt durch eine äußere zentrale Hohlwelle wieder aus. Das zu kühlende Produkt fällt meist direkt in das Produkteinfallgehäuse und wird durch die Drehbewegung und die Förderelemente zum anderen Ende des Kühlers transportiert. Durch die Rotation wird eine permanente Durchmischung des Produkts in den Sektionen und somit ein guter Wärmeübergang erreicht. Dabei kann das Produkt im Gleich- oder Gegenstrom zum Kühlmedium gefördert werden. Sectional coolers work with indirect water cooling. The cooling water passes through an inner central hollow shaft between the individual sections, flows around them and exits through an outer central hollow shaft again. The product to be cooled usually falls directly into the product housing and is transported by the rotational movement and the conveying elements to the other end of the radiator. The rotation ensures a permanent mixing of the product in the sections and thus a good heat transfer. In this case, the product can be conveyed in cocurrent or countercurrent to the cooling medium.
Sektionalkühler können zur Kühlung fast aller rieselfähiger Schüttgüter eingesetzt werden. Man findet sie häufig hinter Drehrohröfen bei Kalzinierungsprozessen oder Ähnlichem. Ihr Hauptziel ist es meist, die Produkte so weit herunterzukühlen, dass sie mit anderen Apparaten (Förderanlagen, Mühlen, etc.) gehandhabt werden können. Oft stellt aber auch das Abkühlen selbst einen wichtigen Teil im Herstellungsprozess dar. Typische Produkte sind z. B. Petrolkoks, Zinkblenderöstgut, Soda, Pigmente und viele mehr. Die Eintrittstemperaturen der Produkte können bis zu 1400 °C betragen. Sectional coolers can be used to cool almost all free-flowing bulk solids. They are often found behind rotary kilns in calcination processes or the like. Their main goal is usually to cool down the products so that they can be handled with other apparatus (conveyors, grinders, etc.). Often, cooling itself is an important part of the manufacturing process. Typical products include: As petroleum coke, Zinkblenderöstgut, soda, pigments and many more. The inlet temperatures of the products can be up to 1400 ° C.
Im Gegensatz zu direkt luftgekühlten Apparaten treten beim Kühlen von Pulvern im Sektionalkühler keine Probleme durch Produktaustrag im Luftstrom auf. Dank der robusten Bauweise bereiten aber auch größere Partikel keine Probleme. Durch Verwendung entsprechender Dichtungen ist es möglich, in den Sektionen einen inerten Raum zu schaffen, wodurch auch reaktive Produkte behandelt werden können. In contrast to directly air-cooled apparatuses, no problems occur during the cooling of powders in the sectional cooler due to product discharge in the air stream. Thanks to the robust construction, even larger particles do not cause any problems. By using appropriate seals, it is possible to create an inert space in the sections, which also reactive products can be treated.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Drehrohrapparat, insbesondere einen Sektionalkühler, der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass er einen optimierten Wärmeübergang von dem zu kühlenden Gut auf das Kühlmedium erreicht. It is the object of the invention to improve a rotary tube apparatus, in particular a sectional cooler, of the type mentioned at the beginning in such a way that it achieves optimized heat transfer from the material to be cooled to the cooling medium.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, wie in Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung, insbesondere in Verbindung mit den Figuren. According to the invention this object is achieved as indicated in claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims and the description, in particular in conjunction with the figures.
Die Erfindung bezieht sich auf jegliche Drehrohrapparate, die zum Kühlen oder Erwärmen eines rieselfähigen Guts eingesetzt werden. Nachstehend wird als Beispiel für einen derartigen Drehrohrapparat stets auf einen Drehrohrkühler und dessen Kühlfunktion Bezug genommen; gleichwohl ist die Erfindung zum Einsatz für jegliches, in einen derartigen Drehrohrkühler eingebrachtes schüttfähiges Gut vorgesehen. Vorzugsweise sind die Hohlrohre in Reihen angeordnet, die sich in Längsrichtung des Drehrohrapparats erstrecken. The invention relates to any Drehrohparparate that are used for cooling or heating a free-flowing Guts. Hereinafter, as an example of such a rotary tube apparatus, reference will always be made to a rotary tube refrigerator and its cooling function; However, the invention is intended for use with any introduced into such a rotary tube cooler pourable Good. Preferably, the hollow tubes are arranged in rows which extend in the longitudinal direction of the rotary tube apparatus.
Mit Vorteil weisen jeweils zwei benachbarte Reihen Hohlrohre eine versetzte Anordnung der Hohlrohre auf. Advantageously, two adjacent rows of hollow tubes each have an offset arrangement of the hollow tubes.
Die Hohlrohre lassen sich beispielsweise durch Schrauben, Kleben oder Nieten auf den Wänden von Sektionen aufbringen. The hollow tubes can be applied for example by screws, gluing or riveting on the walls of sections.
Geeignet sind beispielsweise auch Schweißverfahren, insbesondere Unterpulverschweißen, Metallschutzgasschweißen, Reibschweißen oder Bolzenschweißen. Ein besonders an die Hohlrohre angepasstes und daher besonders geeignetes Verfahren ist das Hülsenschweißen. By way of example, welding methods are also suitable, in particular submerged arc welding, gas metal arc welding, friction welding or stud welding. A particularly adapted to the hollow tubes and therefore particularly suitable method is the sleeve welding.
Die Hohlrohre weisen eine Länge von weniger als 10 cm, insbesondere von weniger als 5 cm, auf. Sie haben besonders bevorzugt eine Länge von 3,6 cm. The hollow tubes have a length of less than 10 cm, in particular less than 5 cm. They particularly preferably have a length of 3.6 cm.
Mit Vorteil weisen die Hohlrohre einen Durchmesser von weniger als 5 cm auf, insbesondere von 3,0 cm. Advantageously, the hollow tubes have a diameter of less than 5 cm, in particular of 3.0 cm.
Als vorteilhaft erweist es sich ebenfalls, wenn die Hohlrohre eine Wanddicke von 1 cm oder weniger, insbesondere von 0,5 cm, haben. It also proves to be advantageous if the hollow tubes have a wall thickness of 1 cm or less, in particular of 0.5 cm.
Vorzugsweise weist der Drehrohrkühler eine Mehrzahl von Sektionen auf, die auf den radialen Wänden und auf der Kreisbogenwand eine höhere Dichte von Hohlrohren aufweisen als in den Eckbereichen zwischen den radialen Wänden und zwischen den radialen Wänden einerseits und der Kreisbogenwand andererseits. Preferably, the rotary tube cooler has a plurality of sections, on the radial walls and on the circular arc wall a higher density of hollow tubes have as in the corner regions between the radial walls and between the radial walls on the one hand and the circular arc wall on the other.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Sektionen jeweils etwa 500 Rippen oder 500 Hohlrohre je Meter Länge des Drehrohrkühlers aufweisen. It is advantageously provided that the sections each have about 500 ribs or 500 hollow tubes per meter of length of the rotary tube cooler.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines Drehrohrapparats, insbesondere eines Drehrohrkühlers, wie er oben beschrieben wurde. Das Verfahren ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Feststoff in einer turbulenten Strömung um die Hohlrohre herumbewegt. Likewise, the invention also relates to a method for operating a rotary tubular apparatus, in particular a rotary tube cooler, as described above. The method is characterized in that the solid moves around the hollow tubes in a turbulent flow.
Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail in exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine Darstellung des Verschleißes eines Bauteils (senkrechte Achse), beispielsweise des Drehrohrapparats, als Funktion des Verhältnisses der Härte des Werkstoffs des Bauteils zur Härte eines Verschleißkörpers (waagrechte Achse), beispielsweise von Zinkoxid, 1 is a representation of the wear of a component (vertical axis), for example, the rotary tube apparatus, as a function of the ratio of the hardness of the material of the component to the hardness of a wear body (horizontal axis), for example of zinc oxide,
Fig. 2 eine Darstellung des Verschleißes eines Bauteils (senkrechte Achse), beispielsweise des Drehrohrapparats, als Funktion des Verhältnisses der Härte des Werkstoffs des Bauteils zur Härte von Zinkoxid (waagrechte Achse) für verschiedene zum Einsatz in einem Drehrohrapparat verwendbare Materialien,  Fig. 2 is an illustration of the wear of a component (vertical axis), for example, of the rotary tube apparatus, as a function of the ratio of the hardness of the material of the component to the hardness of zinc oxide (horizontal axis) for various materials usable in a rotary tube apparatus;
Fig. 3 eine Darstellung der Brinellhärte [HBW] (senkrechte Achse) als Funktion der Bruchdehnung, gemessen in [%], für verschiedene zum Einsatz in einem Drehrohrapparat verwendbare Materialien (waagrechte Achse), insbesondere für dessen eine Kühlfunktion ausübende Bauteile wie die Kühlrippen, 3 shows a representation of the Brinell hardness [HBW] (vertical axis) as a function of the elongation at break, measured in [%], for various materials (horizontal axis) that can be used in a rotary tube apparatus, in particular for its cooling function-carrying components such as the cooling fins,
Fig. 4 eine Darstellung der Wärmeleitfähigkeit L, gemessen in [W/(m K)], 4 shows a representation of the thermal conductivity L, measured in [W / (m K)],
(senkrechte Achse) verschiedener Materialien in Abhängigkeit zur Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Materialien zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten a [106 K 1] des für die Wände der Sektionen des Drehrohrapparats eingesetzten Baustahls IS235JR (waagrechte Achse), (vertical axis) of different materials depending on the difference of the coefficient of thermal expansion of these materials to the coefficient of thermal expansion a [10 6 K 1 ] of the for the walls of the Sections of the Drehrohparparats used structural steel IS235JR (horizontal axis),
Fig. 5 den von verschiedenen Materialien übertragenen Wärmestrom Q [W] 5 shows the heat flow Q [W] transferred from different materials
(senkrechte Achse) in Abhängigkeit von deren Wärmeleitfähigkeit l [W / (m K)] (waagrechte Achse),  (vertical axis) depending on its thermal conductivity l [W / (m K)] (horizontal axis),
Fig. 6 die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Materialien (senkrechte Achse) als Fig. 6, the thermal conductivity of various materials (vertical axis) as
Funktion ihrer Temperaturleitfähigkeit (waagrechte Achse),  Function of their thermal diffusivity (horizontal axis),
Fig. 7 eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Sektion eines Sektionalkühlers mit einer Rechteckrippe, die über eine Schraube und eine Mutter mit einer Wandung der Sektion verbunden ist, 7 is a sectional view of a section of a section of a sectional cooler with a rectangular rib, which is connected via a screw and a nut with a wall of the section,
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Sektion eines Sektionalkühlers mit einer im Querschnitt wellenförmigen Rippe, 8 is a sectional view of a section of a section of a sectional cooler with a corrugated rib in cross-section,
Fig. 9 eine Schnittansicht einer auf der Wandung einer Sektion eines 9 is a sectional view of one on the wall of a section of a
Sektionalkühlers aufgebrachten Hohlrippe oder Rohrrippe,  Sectional cooler applied hollow fin or rib,
Fig. 10 einen Querschnitt durch einen schematisch dargestellten Sektionalkühler mit acht Sektionen, die jeweils teilweise mit einem rieselfähigen Gut (in Schwarz dargestellt) gefüllt sind, 10 shows a cross section through a schematically illustrated sectional cooler with eight sections, which are each partially filled with a free-flowing material (shown in black),
Fig. 11 eine isometrische Querschnittsdarstellung eines Sektors eines 11 is an isometric cross-sectional view of a sector of a
Sektionalkühlers gemäß Fig. 10, der mit reihenförmig angeordneten Hohlrippen gemäß Fig. 9 ausgestattet ist,  Sectional cooler according to FIG. 10, which is equipped with rows of hollow ribs according to FIG. 9,
Fig. 12 eine Draufsicht auf reihenförmig in auf einer inneren Wandung eines Fig. 12 is a plan view in rows in on an inner wall of a
Sektors des Sektionalkühlers angeordnete Rohrrippen im Bereich einer der Zonen, in denen das zu kühlende Gut eine höhere Teilchengeschwindigkeit aufweist, und Fig. 13 eine Darstellung einer von Teilchen eines zu kühlenden Guts umströmten Rohrrippe. Sector of the sectional cooler arranged tube ribs in the region of one of the zones in which the material to be cooled has a higher particle velocity, and 13 shows a representation of a particle of a product to be cooled flowing around the rib.
Erfindungsgemäß werden bei der Optimierung eines Drehrohrkühlers eine Vielzahl von Kriterien berücksichtigt. Es wird die bestmögliche Kombination aus Material, Fügeverfahren und Geometrie ermittelt. Dabei wird jedoch hauptsächlich die Optimierung des Wärmeübergangs des Drehrohrkühlers, insbesondere des Sektionalkühlers, durch die Einbringung und Optimierung der Kühlrippen verbessert. According to the invention, a large number of criteria are taken into account when optimizing a rotary tube cooler. The best possible combination of material, joining method and geometry is determined. In this case, however, the optimization of the heat transfer of the rotary tube cooler, in particular of the sectional cooler, is improved by the introduction and optimization of the cooling fins.
Das zu kühlende Substrat wird bei einer hohen Temperatur, beispielsweise mit bis zu 950 °C, in einen Drehrohrkühler, beispielsweise einen Sektionalkühler, eingebracht. Durch die ständige Kühlung der Sektionen durch ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser, werden die Temperaturen der Sektionen abgesenkt. Je nach Geometrie können Kühlrippen in den Sektionen anteilig am Eintritt des Produktes jedoch eine Temperatur von beispielsweise 550 °C erreichen. Die mechanischen Beanspruchungen der Rippen sind jedoch gering. Sie beschränken sich auf Belastungen durch den Kontakt mit dem Produkt. Die Rippen besitzen keine tragende oder festigkeitssteigernde Rolle innerhalb des Sektionalkühlers. Daher können auch Werkstoffe in Betracht gezogen werden, deren Einsatzgrenze unter den genannten 550 °C liegt. Die Hauptbeanspruchung liegt im Bereich des Verschleißwiderstands durch das zu kühlende oder zu erwärmende Substrat, beispielsweise pulverförmiges Zinkoxid. Je nach Zusammensetzung der Atmosphäre innerhalb des Sektionalkühlers können ebenfalls Prozesse der Hochtemperaturkorrosion stattfinden. The substrate to be cooled is introduced at a high temperature, for example up to 950 ° C., into a rotary tube cooler, for example a sectional cooler. Due to the constant cooling of the sections by a cooling fluid, such as water, the temperatures of the sections are lowered. Depending on the geometry, however, cooling fins in the sections can reach a temperature of, for example, 550 ° C., proportionately at the inlet of the product. The mechanical stresses of the ribs are low. They are limited to loads due to contact with the product. The ribs have no supporting or strength-increasing role within the sectional cooler. It is therefore also possible to consider materials whose limit of use is below the said 550 ° C. The main stress lies in the region of the wear resistance through the substrate to be cooled or heated, for example powdered zinc oxide. Depending on the composition of the atmosphere within the sectional cooler, processes of high temperature corrosion may also take place.
Aufgrund der auftretenden Temperaturen beschränkt sich die Werkstoffauswahl auf Metalle und deren Legierungen sowie keramische Materialien. Die keramischen Werkstoffe besitzen trotz ihrer guten Eigenschaften in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Außerdem ist ihr sprödes Verhalten kritisch zu beurteilen. Somit wird metallischen Legierungen in der Materialauswahl der Vorzug gegeben. Die Werkstoffe, die zur Auswahl stehen sind mit einigen ihrer Eigenschaften in der Tabelle 1 dargestellt. Wie in der Auswahl ersichtlich, sind jeweils Werkstoffe unterschiedlicher Kategorien in den Prozess der Auswahl mit einbezogen. Beispielsweise besteht der Sektionalkühler mit all seinen Einbauten größtenteils aus dem Baustahl S235JR mit der Werkstoffnummer 1.0038. Geeignet sind jedoch auch andere Legierungen, beispielsweise von Aluminium oder Magnesium, sowie verschiedene Stahlsorten. Due to the temperatures that occur, the choice of materials is limited to metals and their alloys as well as ceramic materials. The ceramic materials, despite their good properties in terms of corrosion resistance, have poor thermal conductivity. In addition, their brittle behavior is to be judged critically. Thus, preference is given to metallic alloys in the selection of materials. The materials available for selection are shown in Table 1 with some of their properties. As shown in the selection, materials of different categories are included in the process of selection. For example, the sectional cooler with all its Built-in components mainly of structural steel S235JR with material number 1.0038. Also suitable, however, are other alloys, for example of aluminum or magnesium, as well as various steel grades.
Tabelle 1 zeigt die Werkstoffe. Table 1 shows the materials.
Die Auswahl des zu verwendenden Werkstoffes wird unter einer Mehrzahl an Kriterien getroffen. Da die Hauptbeanspruchung auf die Kühlrippen, der durch das Zinkoxid verursachte Verschleiß ist, gilt es, diesen möglichst gering zu halten. Bei dem auftretenden Verschleißarten handelt es sich um Gleitverschleiß und Prallverschleiß. Ein hoher Widerstand gegenüber den beiden Arten, die sich aus den Mechanismen der Abrasion und Oberflächenzerrüttung zusammensetzen, kann durch eine Kombination aus hoher Härte und Duktilität erzielt werden. Dem Mechanismus der Abrasion kann dabei durch eine hohe Härte des Werkstoffs entgegengewirkt werden. The selection of the material to be used is made according to a plurality of criteria. Since the main stress on the cooling fins, which is caused by the zinc oxide wear, it is necessary to minimize this. The types of wear occurring are sliding wear and impact wear. A high resistance to the two types, which are composed of the mechanisms of abrasion and surface dislocation, can be achieved by a combination of high hardness and ductility. The mechanism of abrasion can be counteracted by a high hardness of the material.
Wie in Fig. 1 schematisch durch das Verhältnis der Härte des Bauteils zu der Härte des Verschleißkörpers dargestellt, wird der Verschleiß durch Abrasion in drei Zonen unterteilt. In der Zone mit einem Verhältnis von unter 0,6 entsteht der größte Verschleiß durch die geringe Härte des Bauteils. In einem Bereich mit einem Verhältnis der Härte der beiden Komponenten zwischen von 0,6 bis 1 ,2 findet ein Übergang von der Verschleiß-Hochlage zur Verschleiß-Tieflage statt. Ab einem Wert von 1 ,2 wird der Verschleiß durch Abrasion minimiert, da der Verschleißkörper aufgrund seiner geringeren Härte nicht in das Bauteil eindringen kann. As shown schematically in Fig. 1 by the ratio of the hardness of the component to the hardness of the wear body, the wear is divided by abrasion in three zones. In the zone with a ratio of less than 0.6, the greatest wear is caused by the low hardness of the component. In a range with a ratio of the hardness of the two components between 0.6 to 1.2, there is a transition from the wear high position to the wear low position. From a value of 1, 2, the wear is minimized by abrasion, since the wear body can not penetrate into the component due to its lower hardness.
Tabelle 1 Table 1
Bei Zinkoxid handelt es sich um ein Mineral. Demnach wird die Härte des Zinkoxids nach der Mohs-Härteskala, die auf der Ritzhärte der Mineralien basiert, eingeteilt. Der Wert beträgt ca. 4. Obwohl eine genaue Umrechnung in einen im Maschinenbau typischen Wert der Härte nach Brinell nicht möglich ist, gilt als Richtwert der Härte von Zinkoxid nach Brinell ca. 180 HBW (HBW = Härte Brinell Wolframkarbid). Bildet man das Verhältnis der Härte der betrachteten Werkstoffe zu der des Zinkoxids und trägt diese in den Graphen aus Fig. 1 ein, ergibt sich folgendes Schaubild: Der Vergütungsstahl 25CrMo4 ist das einzige Material, das sich in der Verschleiß- Tieflage befindet. Die Magnesiumlegierung, das Reinnickel und der Kohlenstoffstahl, befinden sich im Bereich maximalen Verschleißes durch Abrasion. Alle anderen Werkstoffe befinden sich im Bereich des Übergangs (Fig. 2). Zinc oxide is a mineral. Accordingly, the hardness of the zinc oxide is classified according to the Mohs hardness scale based on the scratch hardness of the minerals. The value is approx. 4. Although a precise conversion into a Brinell hardness value typical in mechanical engineering is not possible, approx. 180 HBW (HBW = Brinell Tungsten Carbide Hardness) is used as a guideline for the hardness of zinc oxide according to Brinell. If the ratio of the hardness of the materials considered to that of the zinc oxide is plotted and entered into the graph of FIG. 1, the following diagram emerges: The tempering steel 25CrMo4 is the only material that is in the wear low-lying position. The magnesium alloy, the pure nickel and the carbon steel, are in the range of maximum wear by abrasion. All other materials are in the area of the transition (Fig. 2).
Da neben dem Mechanismus der Abrasion ebenfalls die Oberflächenzerrütturig von Bedeutung ist, werden die Werkstoffe auch in Bezug auf ihren Verschleißwiderstand gegenüber dieser beurteilt. Als messbare Größe für den Widerstand kann die Bruchdehnung genutzt werden. Diese gibt die Duktilität der Werkstoffe wieder, die mit steigendem Maß der Oberflächenzerrüttung entgegenwirkt. Figur 3 stellt die Werkstoffeigenschaften der Härte gegenüber der Bruchdehnung gegenüber, da der Verschleiß abhängig von der Kombination aus beiden Eigenschaften ist. In addition to the abrasion mechanism, the surface smoothness is also important, and the materials are also judged against their wear resistance. As a measurable variable for the resistance, the elongation at break can be used. This reflects the ductility of the materials, which counteracts with increasing levels of surface disruption. FIG. 3 compares the material properties of the hardness with respect to the elongation at break, since the wear is dependent on the combination of both properties.
Entsprechend sind Werkstoffe, die sich im oberen rechten Bereich des Diagramms befinden, aufgrund ihrer Kombination aus Härte und Bruchdehnung für den Einsatz in einem Drehrohrkühler zu bevorzugen. Werkstoffe, die im unteren rechten Bereich zu finden sind, wie Nickel, besitzen einen guten Verschleißwiderstand gegenüber Oberflächenzerrüttung, aber aufgrund der geringen Härte sind sie anfällig gegenüber Abrasion. Die beiden Legierungen aus Aluminium und Magnesium weisen für keinen der beiden Mechanismen einen besonders guten Widerstand vor. Jedoch ist zu berücksichtigen, dass der Anteil an Abrasion gegenüber dem der Oberflächenzerrüttung überwiegt. Dies liegt an den kleinen Partikeldurchmessern des Zinkoxids zwischen 0 mm und 6 mm. Demnach ist ein Gewichtungsfaktor mit einzubeziehen, der in Figur 3 nicht berücksichtigt ist. Das Verhältnis der Abrasion zur Oberflächenzerrüttung wird beispielsweise mit zu festgelegt.Accordingly, materials that are located in the upper right area of the diagram, due to their combination of hardness and elongation at break for use in a rotary tube cooler to be preferred. Materials found in the lower right, such as nickel, have good wear resistance to surface dislocation, but due to their low hardness they are prone to abrasion. The two alloys of aluminum and magnesium do not have a particularly good resistance for either mechanism. However, it should be noted that the proportion of abrasion outweighs that of the surface disruption. This is due to the small particle diameters of the zinc oxide between 0 mm and 6 mm. Accordingly, a weighting factor is included, which is not considered in Figure 3. The ratio of the abrasion to the surface disruption is, for example, too.
Da erfindungsgemäß hauptsächlich der Wärmeübergang des Sektionalkühlers verbessert wird, wird vornehmlich die Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Materialien berücksichtigt. Unabhängig von der Geometrie können so durch den Einsatz der besonders geeigneten Werkstoffe mit höherer Wärmeleitfähigkeit erhöhte Wärmeströme erzielt werden. Allerdings ist zu beachten, dass sich abhängig vom Fügeverfahren die Anzahl der verwendbaren Werkstoffe eingrenzen kann. Außerdem ist der Wärmeausdehnungskoeffizient zu berücksichtigen. Wenn die Sektionen aus Baustahl bestehen, der einen Koeffizienten von ca. 12 x besitzt, können, wenn die Kühlrippen aus anderen Materialien bestehen, Spannungen entstehen. Die Sektionen und Kühlrippen besitzen während des Fügeprozesses Raumtemperatur. Wird der Kühler nun in Betrieb genommen, steigt die Temperatur, und die Komponenten dehnen sich aus. Bei Materialien unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten dehnen sich diese demnach unterschiedlich stark aus. Durch diese Differenz der Ausdehnungen entstehen im Bereich der Fügezone Spannungen. Je nach Temperatur und Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten fallen diese größer oder kleiner aus. Je nach Fügeverfahren können demnach kritische Spannungen überschritten werden. In Fig. 4 ist daher die Wärmeleitfähigkeit gegenüber der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem betrachteten Werkstoff der Kühlrippen und dem in den Sektionen eingesetzten Baustahl IS235JR aufgetragen. Since according to the invention mainly the heat transfer of the sectional cooler is improved, primarily the thermal conductivity of the individual materials is taken into account. Regardless of the geometry can be achieved by the use of particularly suitable materials with higher thermal conductivity increased heat fluxes. However, it should be noted that the number of usable materials can be limited depending on the joining method. In addition, the thermal expansion coefficient must be taken into account. If the sections are made of structural steel, the coefficient is about 12 x If the cooling fins are made of other materials, tensions may arise. The sections and cooling fins have room temperature during the joining process. When the cooler is put into operation, the temperature rises and the components expand. With materials of different coefficients of thermal expansion, these therefore expand differently. Due to this difference in the expansions, stresses arise in the region of the joining zone. Depending on the temperature and the difference in the coefficients of thermal expansion, these fall out larger or smaller. Depending on the joining method, therefore, critical stresses can be exceeded. In FIG. 4, therefore, the thermal conductivity is plotted against the difference of the coefficient of thermal expansion between the considered material of the cooling fins and the structural steel IS235JR used in the sections.
Es zeigt sich, dass die Aluminiumlegierung die größte Wärmeleitfähigkeit besitzt, aber auch eine hohe Differenz zum thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Baustahl. Zusammen mit der Magnesiumlegierung, die gegenüber der Aluminiumlegierung eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit besitzt, sind im Bereich der Fügezone die größten Spannungen zu erwarten. Alle anderen Werkstoffe liegen in einem ähnlichen Bereich des Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Wärmeleitfähigkeit, wobei der nichtrostende ferritische Stahl X6CrMoS17 die geringste Wärmeleitfähigkeit aufweist. It turns out that the aluminum alloy has the highest thermal conductivity, but also a high difference to the thermal expansion coefficient of structural steel. Together with the magnesium alloy, which has a significantly lower thermal conductivity than the aluminum alloy, the greatest stresses are to be expected in the region of the joining zone. All other materials have a similar range of thermal expansion coefficient and thermal conductivity, with X6CrMoS17 ferritic stainless steel having the lowest thermal conductivity.
Vergleicht man den übertragenen Wärmestrom unter gleichen Bedingungen lediglich mit den unterschiedlichen Materialien, ergibt sich der in Figur 5 dargestellte Wärmestrom in Abhängigkeit zur Wärmeleitfähigkeit. Es zeigt sich ein Verlauf, der dem einer Wurzelfunktion ähnelt. Bei niedrigen Werten der Wärmeleitfähigkeit steigt der Wärmestrom steil an. Mit steigenden Wärmeleitfähigkeiten nimmt der Wärmestrom weiterhin zu, jedoch nimmt die Steigung des Verlaufs stark ab. Aus diesem Grund ist der Wärmestrom von X6CrMoS17 ca. 20 % geringer als der von S235JR, obwohl die Wärmeleitfähigkeit über 50% unter dessen liegt. Die Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumlegierung übersteigt den Wert des Baustahls um mehr als 200 %. Der Gewinn an Wärmestrom hingegen beträgt lediglich 20 %. Der Verlauf nähert sich demnach einem maximalen Wärmestrom. Comparing the transferred heat flow under the same conditions only with the different materials, the heat flow shown in Figure 5 results in dependence on the thermal conductivity. It shows a course that is similar to a root function. At low values of thermal conductivity increases the heat flow steep. With increasing thermal conductivities, the heat flow continues to increase, but the slope of the gradient decreases sharply. For this reason, the heat flux of X6CrMoS17 is about 20% lower than that of S235JR, although the thermal conductivity is over 50% below that. The thermal conductivity of the aluminum alloy exceeds the value of the structural steel by more than 200%. The gain in heat flow, however, is only 20%. The course thus approaches a maximum heat flow.
Fig. 5 zeigt den übertragenen Wärmestrom in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit. Ein weiteres Bewertungskriterium ist die Temperaturleitfähigkeit in Bezug auf die erläuterte thermische Ermüdung. Obwohl die Anzahl der Betriebszyklen eines Sektionalkühlers gering ist, da sie fast ausschließlich zur Wartung und Reparatur außer Betrieb genommen werden, kann eine thermische Ermüdung der Kühlrippen bei zu geringer Temperaturleitfähigkeit trotzdem auftreten. Daher sind höhere Temperaturleitfähigkeiten der Materialien, wie auch der Geometrien zu bevorzugen um Risse in den Bauteilen undFig. 5 shows the transferred heat flow as a function of the thermal conductivity. Another evaluation criterion is the thermal diffusivity with respect to the explained thermal fatigue. Although the number of operating cycles of a sectional cooler is small, since they are taken out of operation almost exclusively for maintenance and repair, thermal fatigue of the cooling fins may still occur if the thermal conductivity is too low. Therefore, higher temperature conductivities of the materials, as well as the geometries are preferable to cracks in the components and
Ermüdungserscheinungen zu vermeiden. To avoid fatigue.
Fig. 6 stellt die Wärmeleitfähigkeit der Werkstoffe gegenüber der Temperaturleitfähigkeit grafisch dar. In Bezug auf die thermischen Eigenschaften erfüllt die Aluminiumlegierung erneut das beste Ergebnis durch die hohe Wärme- aber auch Temperaturleitfähigkeit. Da sich die Temperaturleitfähigkeit aus der Wärmeleitfähigkeit, der Dichte und der spezifischen Wärmekapazität zusammensetzt, wird deutlich, wieso die Aluminiumlegierung mit der geringen Dichte und der hohen Wärmeleitfähigkeit eine hohe Temperaturleitfähigkeit besitzt. Auch die Magnesiumlegierung weist eine hohe Temperaturleitfähigkeit auf. In Bezug auf die Temperaturleitfähigkeit besitzt die Legierung X6CrMoS17 die schlechtesten Eigenschaften. Die übrigen Werkstoffe besitzen annähernd gleiche Temperaturleitfähigkeiten, bei den bekannten Differenzen der Wärmeleitfähigkeiten. FIG. 6 graphically illustrates the thermal conductivity of the materials versus the thermal diffusivity. In terms of thermal properties, the aluminum alloy again provides the best result due to its high thermal and thermal conductivity. Since the thermal conductivity is composed of the thermal conductivity, the density and the specific heat capacity, it becomes clear why the aluminum alloy having the low density and the high heat conductivity has a high thermal conductivity. The magnesium alloy also has a high thermal conductivity. In terms of thermal diffusivity, the alloy X6CrMoS17 has the worst characteristics. The other materials have approximately the same temperature conductivities, with the known differences in Wärmeleitfähigkeiten.
Um den am besten geeigneten Werkstoff zu ermitteln werden die zuvor dargestellten Faktoren bzw. Bewertungskriterien, wie Härte, Bruchdehnung, Wärmeleitfähigkeit, Ausdehnungskoeffizient, Temperaturleitfähigkeit, Wärmestrom und den Kosten ausgewertet. Entsprechend der Wichtigkeit der einzelnen Bewertungskriterien werden diese beispielsweise mit Gewichtungsfaktoren versehen (vgl. Tabelle 2). In order to determine the most suitable material, the factors or evaluation criteria described above, such as hardness, elongation at break, thermal conductivity, expansion coefficient, thermal conductivity, heat flow and the costs evaluated. Depending on the importance of the individual evaluation criteria, these are provided with weighting factors, for example (see Table 2).
Tabelle 2: Gewichtungsfaktoren der Bewertungskriterien Table 2: Weighting factors of the evaluation criteria
Zusätzlich zu der Wärmeleitfähigkeit wird auch der übertragene Wärmestrom mit demselben Gewichtungsfaktor in die Auswertung mit einbezogen, da sich gezeigt hat, dass die Wärmeleitfähigkeit zwar ausschlaggebend für den Wärmestrom ist, aber keinen linearen Verlauf besitzt. Demnach dient der ermittelte Wärmestrom als zusätzlicher Faktor um diese Nichtlinearität zu kompensieren. Einen weiteren großen Einfluss besitzen die Kriterien, die mit dem Verschleiß bzw. der Ermüdung der Werkstoffe in Zusammenhang stehen. In addition to the thermal conductivity, the transferred heat flow with the same weighting factor is also included in the evaluation, since it has been shown that the thermal conductivity is decisive for the heat flow, but has no linear course. Accordingly, the determined heat flow serves as an additional factor to compensate for this nonlinearity. Another major influence is the criteria associated with wear and fatigue of the materials.
Die Auswertung erfolgt, indem jeweils der höchste Wert eines Bewertungskriteriums mit dem Wert Eins versehen wird. Der Wert Null bildet jeweils die Untergrenze. Zwischen dem oberen und unteren Wert wird ein linearer Verlauf gebildet, sodass die übrigen Werte zwischen den beiden Grenzen liegen. Anschließend werden die ermittelten Werte mit dem jeweiligen Gewichtungsfaktor multipliziert. Dies wird für die verschiedenen Bewertungskriterien durchgeführt und schließlich die einzelnen Ergebnisse aufsummiert. Die bestmögliche Bewertung der Summe liegt somit bei dem Wert Eins. Beispiel: Die Legierung 25CrMo4 besitzt mit 216 HBW die größte Härte. Dies entspricht demnach dem Wert 1. Daraus folgt, dass je 2,16 HBW die übrigen Werkstoffe jeweils 0,01 Bewertungspunkte erhalten. Somit ergibt sich für den Baustahl S235JR mit einer Härte von 123 HBW ein Wert von 0,57. Multipliziert mit dem Gewichtungsfaktor, ergeben sich die Werte von 0,3 und 0,171. The evaluation is carried out by providing the highest value of a rating criterion with the value one. The value zero forms the lower limit. Between the upper and lower value, a linear course is formed so that the remaining values lie between the two limits. Subsequently, the determined values are multiplied by the respective weighting factor. This is done for the different evaluation criteria and finally the individual results are added up. The best possible valuation of the sum is thus at the value one. Example: The alloy 25CrMo4 has the highest hardness with 216 HBW. Accordingly, this corresponds to the value 1. It follows that for each 2.16 HBW, the remaining materials each receive 0.01 evaluation points. This results in a value of 0.57 for the structural steel S235JR with a hardness of 123 HBW. Multiplied by the weighting factor, the values are 0.3 and 0.171.
Die vollständige Auswertung ist in Tabelle 3 dargestellt. Das beste Ergebnis erzielt der Vergütungsstahl 25CrMo4 mit einer Gesamtwertung von 0,8032. Mit 0,7972 Wertungspunkten folgt der Baustahl S355JR. Da die beiden Materialien ähnlich gute Ergebnisse erzielt haben, wird eine endgültige Entscheidung über die Wahl des Werkstoffs in Abhängigkeit des verwendeten Fügeverfahrens getroffen. The complete evaluation is shown in Table 3. The best result was achieved by the tempering steel 25CrMo4 with a total score of 0.8032. With 0.7972 rating points follows the structural steel S355JR. Since the two materials have achieved similarly good results, a final decision on the choice of material is made depending on the joining method used.
Der Vergütungsstahl besitzt den erheblichen Nachteil, dass im Falle einer Schweißung, dieser über mehrere Stunden spannungsarm bei Temperaturen zwischen 680 °C und 720 °C geglüht und anschließend langsam abgekühlt werden muss, um Spannungen innerhalb der Wärmeeinflusszone durch das Schweißen abzubauen. Bei den großen Bauteilen eines Sektionalkühlers bedeutet dies neben dem zeitlichen weiterhin einen großen technischen Aufwand. Der gut schweißbare Baustahl S355JR benötigt solch eine nicht nur zeit-, sondern auch kostenintensive Nachbehandlung nicht. Somit ist der Vergütungsstahl 25CrMo4 bei sämtlichen Fügeverfahren zu bevorzugen, außer bei dem Schweißen, dort überwiegen die Vorteile des Baustahls in Bezug auf die einfachere Handhabung. The tempering steel has the considerable disadvantage that in the case of a weld, it must be annealed for several hours with low stress at temperatures between 680 ° C and 720 ° C and then cooled slowly to reduce stresses within the heat affected zone by welding. In the case of the large components of a sectional cooler, this also means, in addition to the time, a great technical outlay. The easily weldable structural steel S355JR does not only need such a time-consuming, but also cost-intensive after-treatment. Thus, the tempered steel 25CrMo4 is preferable in all joining methods, except in welding, where the advantages of structural steel outweigh the ease of handling.
Die Art und Weise, wie die Rippen an den Sektionen des Sektionalkühlers befestigt werden, hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Lebensdauer und den übertragenen Wärmestrom. Im Folgenden wird auf die Vor- und Nachteile der The way in which the ribs are fastened to the sections of the sectional cooler has a significant influence on the service life and the transferred heat flow. The following points to the pros and cons of
einzelnen Fügeverfahren eingegangen und jeweils mit den übrigen Verfahren verglichen. each joining process and compared with the other methods.
Ein großer Vorteil von Klebungen ist, dass bei allen Metallen bei einer guten Vorbehandlung ein gleichwertiges Ergebnis erzielt werden kann. Demnach sind unterschiedliche Materialkombinationen möglich. Allerdings sind abhängig vom verwendeten Klebstofftyp weitere Faktoren zu berücksichtigen. A big advantage of bonding is that with all metals a good pretreatment can achieve an equivalent result. Accordingly, different material combinations are possible. However, depending on the type of adhesive used, other factors must be considered.
Strukturklebstoffe können Spannungen bis zu 30 MPa aufnehmen. Dies ist im Vergleich zu den übrigen Fügeverfahren um ein Vielfaches geringer. Um diese Spannungen jedoch ertragen zu können, sind sehr aufwendige Vorbehandlungen der Werkstücke notwendig, da nur so eine gute Benetzung der Oberflächen stattfinden kann, die maßgeblich für die Güte der Klebung ist. Da ebenfalls eine gleichmäßige und dünne Schichtdicke des Klebstoffs entscheidend ist, müssen sowohl Sektionen als auch Kühlrippen hohen Anforderungen an die Toleranzen genügen. Trotz der geringen Wärmeleitfähigkeit des Klebstoffs wird der Wärmestrom aufgrund der geringen Schichtdicke nur unmerklich verändert. Structural adhesives can absorb stresses up to 30 MPa. This is much lower than the other joining methods. However, in order to be able to bear these stresses, very complex pretreatments of the workpieces are necessary, since only in this way can a good wetting of the surfaces take place, which is decisive for the quality of the bond. Since a uniform and thin layer thickness of the adhesive is also crucial, both sections and cooling fins must meet high tolerances. Despite the low thermal conductivity of the adhesive, the heat flow is only imperceptibly changed due to the small layer thickness.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die Klebstoffe während des zeitintensiven Trocknens mit einem gleichmäßigen Druck beaufschlagt werden müssen. Außerdem müssen die Sektionen während des Trocknens vollständig erwärmt werden. Dies bedingt einen hohen Energiebedarf sowie einen hohen technischen Aufwand. Obwohl es Klebstoffe mit Einsatztemperaturen über 1000 °C gibt, sind all diese von Alterungsprozessen betroffen. Zusätzlich besteht bei hohen Temperaturen die Gefahr des Kriechens, was die Lebensdauer des Sektionalkühlers drastisch herabsetzen kann. Furthermore, it must be taken into account that the adhesives must be subjected to a uniform pressure during the time-intensive drying. In addition, the sections must be completely heated during drying. This requires a high energy consumption and high technical complexity. Although there are adhesives with operating temperatures above 1000 ° C, all these are affected by aging processes. In addition, there is a risk of creeping at high temperatures, which can drastically reduce the life of the sectional cooler.
Bei elastischen Klebstoffen sind die Anforderungen an die Toleranzen der Bauteile aufgrund der größeren Schichtdicken geringer. Jedoch sinkt damit der übertragene Wärmestrom drastisch. Außerdem sind geringere Spannungen als bei Strukturklebstoffen ertragbar. Um eine identische Kraft aufnehmen zu können, wird demnach eine größere Kontaktfläche benötigt. Noch vorteilhafter als Klebeverbindungen sind Schraubverbindungen, durch die ebenfalls unterschiedliche Materialien miteinander verbunden werden können. Da die Verbindungen nicht stoffschlüssig, sondern kraftschlüssig sind, müssen ebenfalls hohe Formgenauigkeiten eingehalten werden, um so einen vollflächigen Kontakt zwischen Rippe und Sektion herzustellen, damit die Wärme über Wärmeleitung übertragen wird. Hohlräume zwischen Sektion und Rippe führen zu freier Konvektion zwischen den beiden Komponenten. Diese würde den übertragenen Wärmestrom deutlich senken. With elastic adhesives, the requirements for the tolerances of the components are lower due to the larger layer thicknesses. However, this reduces the transferred heat flow drastically. In addition, lower tensions than structural adhesives are sustainable. In order to be able to absorb an identical force, therefore, a larger contact area is needed. Even more advantageous as adhesive connections are screw connections, by means of which also different materials can be connected to one another. Since the compounds are not cohesive, but non-positive, also high dimensional accuracy must be maintained, so as to produce a full-surface contact between rib and section, so that the heat is transferred via heat conduction. Cavities between section and rib lead to free convection between the two components. This would significantly reduce the transferred heat flow.
Im Gegensatz zu Klebverbindungen können Schraubverbindungen durch Anpassung der verwendeten Komponenten, wie Schrauben und Muttern, deutlich höhere Spannungen ertragen. Jedoch müssen in die Sektionen eine Vielzahl an Bohrungen eingebracht werden, durch welche die Schrauben geführt werden. Durch diese nimmt die Steifigkeit der Sektionen ab. Außerdem muss dieser Bereich abgedichtet werden. Dies erfordert den Einsatz weiterer Komponenten. In contrast to glued joints, screw connections can endure significantly higher stresses by adapting the components used, such as screws and nuts. However, a large number of holes must be introduced into the sections through which the screws are passed. This reduces the stiffness of the sections. In addition, this area must be sealed. This requires the use of other components.
Die Klemmkraft zwischen Schraubenkopf und Mutter erzeugt zusätzlich, zu der Schwächung der Sektionen durch die Bohrungen, Spannungen in den Sektionen, die sich mit den während des Betriebs auftretenden Spannungen überlagern. The clamping force between the screw head and the nut additionally creates, in addition to the weakening of the sections through the bores, stresses in the sections which overlap with the stresses occurring during operation.
In einer Sektion 1 (Fig. 7) eines Sektionalkühlers hat eine Rippe 2 eine Rechteckform (Rechteckrippe) und ist über eine Schraube 3 und eine Mutter 4 mit einer Wandung 5 der Sektion 1 verbunden. Auf diese Weise bildet die Rippe 2 eine Auflagefläche für den Schraubenkopf der Schraube 3. Durch den Einsatz von Schrauben 3 lassen sich die Rippen 2 zerstörungsfrei austauschen. In a section 1 (FIG. 7) of a sectional cooler, a rib 2 has a rectangular shape (rectangular rib) and is connected by a screw 3 and a nut 4 to a wall 5 of the section 1. In this way, the rib 2 forms a bearing surface for the screw head of the screw 3. By using screws 3, the ribs 2 can be replaced non-destructively.
Alternativ zum Einsatz von Schraubverbindungen lassen sich auch Nietverbindungen einsetzen As an alternative to the use of screw connections, rivet connections can also be used
Die Methode der Pressverbindung erfordert den Einsatz von Rippen, die durch die Wandung der Sektion wenigstens bereichsweise hindurchgesteckt sind. The method of press connection requires the use of ribs, which are at least partially inserted through the wall of the section.
Nach dem Einpressen können die Wandung der Sektion und die jeweilige Rippe zusätzlich verklebt oder verschweißt werden. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Rippen und der Wandung ist das Fügen durch Schweißen unterteilt in zwei Kategorien. Es wird sowohl Unterpulverschweißen als auch Metallschutzgasschweißen eingesetzt, ebenso wie Reibschweißen und das Bolzenschweißen. After pressing in, the wall of the section and the respective rib can additionally be glued or welded. Another method for making a connection between the ribs and the wall is joining by welding divided into two categories. Both submerged arc welding and gas metal arc welding are used, as well as friction welding and stud welding.
Das Unterpulverschweißen eignet sich nicht für alle Schweißpositionen, da das Pulver lose auf der Schweißzone liegt. Somit können nur Schweißpositionen mit geringer Neigung realisiert werden. Jede Sektion eines Sektionalkühlers besteht aus zwei zusammengefügten Teilen. Diese werden nach dem Einbringen der Wendeleisten und Förderschaufeln zusammengeschweißt. Submerged arc welding is not suitable for all welding positions, as the powder lies loosely on the welding zone. Thus, only welding positions can be realized with low inclination. Each section of a sectional cooler consists of two joined parts. These are welded together after the introduction of the turning strips and conveying blades.
Im Vergleich zum Unterpulverschweißen besitzen die Schweißbrenner des sowohl automatisierbaren, als auch manuell durchführbaren MSG-Schweißens (MSG- Metallschutzgasschweißen) deutlich geringere Abmessungen. Die Vorbereitungen, um die Rippen an die Sektionen zu schweißen, sind geringer als die beim Kleben, Schrauben oder Nieten erforderlichen Vorbereitungen. Ungenauigkeiten können durch Einbringen von zusätzlichem Schweißzusatz ausgeglichen werden. In Bezug auf den Wärmestrom müssen die Rippen lediglich mit Fasen versehen werden, um den vollflächigen Kontakt gewährleisten zu können. Innerhalb der Schweißnaht besitzt das Material eine annähernd identische Wärmeleitfähigkeit wie das Ausgangsmaterial. Somit können durch Schweißungen mit vollflächigem Kontakt zwischen Rippe und Sektion sehr gute Ergebnisse in Bezug auf den übertragenen Wärmestrom zwischen den beiden Komponenten erzielt werden. Compared to submerged arc welding, the welding torches of the MSG welding (MSG metal arc welding), which can be automated as well as manually, have significantly smaller dimensions. The preparations to weld the ribs to the sections are less than the preparations required for gluing, screwing or riveting. Inaccuracies can be compensated by introducing additional welding filler. In terms of heat flow, the ribs need only be chamfered to ensure full contact. Within the weld, the material has approximately the same thermal conductivity as the starting material. Thus, welds with full area contact between fin and section can provide very good results in terms of the transferred heat flow between the two components.
Trotz der Beeinflussung des Gefüges durch die hohe thermische Belastung während des Schweißens sind die ertragbaren Spannungen trotz der Schweißeigenspannungen deutlich höher im Vergleich zum Kleben mit Strukturklebstoff oder denen einer Pressverbindung. Auch sind keine zusätzlichen Auflageflächen wie beim Schrauben und Nieten notwendig. Da die Rippen komplett mit Schweißnähten umrandet werden, ist es lediglich erforderlich, die Länge der Rippen zu verringern. Statt einer langen Rippe werden demnach drei bis vier kürzere Rippen entlang der Sektionen eingebracht; man kann dies auch als eine durchbrochene Rippe bezeichnen. Dies senkt Verzug und Spannungen. Nachbehandlungen der Schweißnähte sind nicht notwendig, da der Baustahl S355JR sehr gut schweißbar ist und Reparaturen ebenfalls an den Einsatzorten auf dieselbe Art und Weise durchgeführt werden können. Zusätzliche Komponenten beschränken sich auf den Schweißdraht, wodurch die Fertigung nicht unnötig komplexer oder fehleranfälliger ist als bei Schraubverbindungen. Despite the influence on the microstructure due to the high thermal stress during welding, the tolerable stresses are significantly higher, in spite of the residual stresses in the weld, compared to gluing with structural adhesive or a press connection. Also, no additional support surfaces as in screws and rivets are necessary. Since the ribs are completely edged with welds, it is only necessary to reduce the length of the ribs. Instead of a long rib three to four shorter ribs are therefore introduced along the sections; This can also be called a broken rib. This reduces distortion and tension. After-treatment of the welds is not necessary because the structural steel S355JR is very good weldable and repairs can also be carried out at the sites in the same way. Additional components are limited to the welding wire, which means that manufacturing is not unnecessarily more complex or error-prone than with screwed connections.
Für rotationssymmetrische Kühlrippen hingegen steht das Reibschweißen dem Bolzenschweißen gegenüber. Das Reibschweißen zeichnet sich durch eine sehr gute Qualität im Bereich der Schweißzone aus. Die Festigkeit liegt über der des Grundwerkstoffes. Auch die thermische Belastung und, damit verbunden, Verzug und Eigenspannungen sind geringer als bei einem Schmelzschweißverfahren. For rotationally symmetrical cooling ribs, however, friction welding is opposed to stud welding. Friction welding is characterized by a very good quality in the area of the weld zone. The strength is above that of the base material. Also, the thermal load and, associated therewith, distortion and residual stresses are lower than in a fusion welding process.
Dies zeigt, dass das Metallschutzgasschweißen die bevorzugte Option für das Fügen von Kühlrippen darstellt. This shows that gas metal arc welding is the preferred option for joining cooling fins.
Das Bolzenschweißen zeichnet sich durch sehr kurze Schweißzeiten aus. Diese liegen deutlich unter denen des Reibschweißens. Die thermische Belastung ist aufgrund der geringen Schweißzeiten geringer als beispielsweise beim MSG- Schweißen. Die Festigkeit der stoffschlüssigen Verbindung liegt über der des Grundwerkstoffs. Auch ist die Verbindung nicht von Alterungsprozessen, wie es bei Klebungen der Fall ist, betroffen. Stud welding is characterized by very short welding times. These are significantly lower than those of friction welding. Due to the short welding times, the thermal load is lower than, for example, in MIG / MAG welding. The strength of the cohesive connection is higher than that of the base material. Also, the compound is not affected by aging processes, as is the case with bonds.
Die Vorbereitung der Schweißzone ist identisch zu der des MSG- oder des Unterpulverschweißens (UP-Schweißens) und demnach ebenfalls deutlich geringer gegenüber den anderen betrachteten Verfahren. Bei einem runden Querschnitt der Kühlrippen ist das Trennen des langen Stabs auf die gewünschte Länge als Vorbereitung im Bereich der Rippen ausreichend. Die Sektionen müssen nicht mit aufwendigen Bohrungen mit minimalen Toleranzen versehen werden. Schweißzusatzstoffe werden nicht benötigt, lediglich eine Abschirmung gegenüber der Atmosphäre durch ein Schutzgas ist notwendig. The preparation of the weld zone is identical to that of MSG or submerged arc welding (UP welding) and therefore also significantly lower than the other methods considered. With a round cross-section of the cooling fins, separating the long rod to the desired length is sufficient in preparation for the ribs. The sections need not be provided with elaborate holes with minimal tolerances. Welding additives are not required, only a shield against the atmosphere by a protective gas is necessary.
Die geringen Abmessungen der Schweißpistole eines Bolzenschweißgeräts ermöglichen eine einfache Anbringung der Rippen in allen Bereichen der Sektion. Außerdem ist die erforderliche Handfertigkeit durch die einfache Handhabung der Schweißpistole sehr gering. Jedoch ist zu beachten, dass der maximal schweißbare Durchmesser der Kühlrippen auf 30 mm beschränkt ist. Ebenfalls ist die Blaswirkung zu berücksichtigen, um den vollflächigen Kontakt und damit die bestmögliche Wärmeübertragung zu erzielen. Trotz der Beschränkung des Außendurchmessers auf 30 mm bietet das Bolzenschweißen aufgrund der guten mechanischen Eigenschaften der Fügezone in Kombination mit der einfachen Handhabung der Schweißpistole und den sehr kurzen Schweißzeiten den besten Kompromiss. Für runde Geometrien der Kühlrippen soll folglich das Bolzenschweißen angewandt werden. The small dimensions of the welding gun of a stud welder make it easy to install the ribs in all sections of the section. In addition, the required manual skill by the simple handling of the welding gun is very low. However, it should be noted that the maximum weldable diameter of the cooling fins is limited to 30 mm. Also, the blowing effect is taken into account in order to achieve the full-surface contact and thus the best possible heat transfer. Despite the limitation of the outer diameter to 30 mm, stud welding offers the best compromise due to the good mechanical properties of the joining zone in combination with the easy handling of the welding gun and the very short welding times. Consequently, bolt welding should be used for round geometries of the cooling fins.
Die Kühlrippen werden demnach unabhängig von ihrer Geometrie mit den Sektionen verschweißt. Daher ist der Baustahl S355JR gegenüber dem Vergütungsstahl 25CrMo4 zu bevorzugen, da er sehr gut schweißbar ist und keine Nachbehandlung benötigt. Da es sich bei dem Baustahl S355JR um einen niedrig legierten Baustahl handelt, wird als Schutzgas ein Aktivgas empfohlen, da dieses kostengünstiger als ein inertes Gas ist. The cooling fins are therefore welded to the sections regardless of their geometry. Therefore, the mild steel S355JR is preferable to the tempered steel 25CrMo4 because it is very easy to weld and requires no after-treatment. As the structural steel S355JR is a low-alloyed structural steel, an inert gas is recommended as the protective gas, as this is less expensive than an inert gas.
Gemäß der Erfindung wird auch eine Geometrie der Kühlrippen geschaffen, die einer Mehrzahl von Kriterien genügt, insbesondere in Hinblick auf den Wärmestrom. According to the invention, a geometry of the cooling fins is also provided which satisfies a plurality of criteria, in particular with regard to the heat flow.
Der Wärmestrom, bezogen auf die Kontaktfläche zwischen Kühlrippe und der Sektion dient zur Ermittlung des Wärmestroms, bezogen auf 1 mm2. Dadurch lässt sich die Effizienz der unterschiedlichen Geometrien unabhängig von der Größe der Rippe oder deren Kontaktfläche mit der Sektion abschätzen. Da manche Rippen, wie beispielsweise die schaufelförmigen Rippen, einen deutlich größeren Bereich der Sektion belegen als deren Kontaktfläche, wird dies durch eine projizierte Fläche berücksichtigt, d. h. die Fläche, die durch die Kontur der Rippe überdeckt wird The heat flow, based on the contact surface between the fin and the section is used to determine the heat flow, based on 1 mm 2 . As a result, the efficiency of the different geometries can be estimated independently of the size of the rib or its contact surface with the section. Since some ribs, such as the paddle-shaped ribs occupy a significantly larger area of the section than their contact surface, this is taken into account by a projected area, ie the area which is covered by the contour of the rib
Dies ist in Bezug auf die zu verbauende Anzahl der Rippen zu berücksichtigen, da die mögliche Anzahl stark von der projizierten Fläche abhängt. Aus diesem Grund wird der Wärmestrom ebenfalls auf die projizierte Fläche bezogen. Neben den Flächen wird auch das Gewicht der Rippen mit in die Auswertung mit einbezogen. Der Wärmestrom, bezogen auf das Gewicht der Kühlrippe, dient als weiteres Kriterium der Effizienz der betrachteten Geometrie. Durch einen hohen Quotienten aus Wärmestrom und Gewicht werden daher eine bessere Nutzung der Ressourcen erzielt, der Materialverbrauch und die damit verbundenen Werkstoffkosten verringert. Als weiteres Kriterium wird das Verhältnis des Wärmestroms zu einem Zeitpunkt t, beispielsweise t = 28s, mit dem stationären Wärmestrom gegen Ende der Simulation verglichen. Durch dieses Verhältnis kann die Temperaturleitfähigkeit der Geometrie ermittelt werden. Eine hohe Temperaturleitfähigkeit der Geometrie verhindert oder verringert ebenfalls das Risiko der thermischen Ermüdung. This is to be considered in relation to the number of ribs to be installed, since the possible number depends strongly on the projected area. For this reason, the heat flow is also related to the projected area. In addition to the surfaces, the weight of the ribs is also included in the evaluation. The heat flow, based on the weight of the cooling fin, serves as another criterion of the efficiency of the considered geometry. By a high quotient heat flow and weight therefore result in better use of resources, reducing material consumption and associated material costs. As a further criterion, the ratio of the heat flow at a time t, for example t = 28 s, is compared with the steady state heat flow towards the end of the simulation. By this ratio, the temperature conductivity of the geometry can be determined. High thermal conductivity of the geometry also prevents or reduces the risk of thermal fatigue.
Die Gewichtung der verschiedenen Kriterien ist Tabelle 4 zu entnehmen. Die beiden auf die Flächen bezogenen Wärmeströme sind die entscheidenden Kriterien der Geometrien. Aus diesem Grund betragen die Gewichtungsfaktoren zusammen 0,65. Der Bezug des Wärmestroms auf das Gewicht der Rippe gibt einen Aufschluss über die Effizienz der Rippe, aber keinen ausschlaggebenden Aufschluss über die allgemeine Verbesserung des Wärmestroms zu der momentan verwendeten Kühlrippe. Aus diesem Grund ist das Kriterium nicht zu vernachlässigen, aber mit einem Gewichtungsfaktor von 0,2 geringer faktorisiert, als die Wärmeströme, bezogen auf die Flächen. Mit einem Gewichtungsfaktor von 0,15 liegt die Temperaturleitfähigkeit unter den übrigen Faktoren. Begründet wird dies, da das Verhältnis der Wärmeströme zu unterschiedlichen Zeiten vor allem für die thermische Ermüdung entscheidend ist. The weighting of the different criteria is shown in Table 4. The two heat flows related to the surfaces are the decisive criteria of the geometries. For this reason, the weighting factors together are 0.65. The reference of the heat flow to the weight of the rib gives an indication of the efficiency of the rib, but no decisive information about the general improvement of the heat flow to the currently used cooling fin. For this reason, the criterion is not negligible, but factorized with a weighting factor of 0.2 lower than the heat flows, based on the areas. With a weighting factor of 0.15, the thermal diffusivity is below the other factors. This is justified because the ratio of the heat flows at different times, especially for the thermal fatigue is crucial.
Tabelle 4: Gewichtungsfaktoren der Bewertungskriterien der Geometrie Table 4: Weighting factors of the evaluation criteria of the geometry
Die Auswertung der unterschiedlichen Geometrien erfolgt auf ähnliche Art und Weise wie die der Materialvorauswahl. Der höchste Wert eines Bewertungskriteriums wird jeweils mit dem Wert 1 versehen. Anschließend wird eine lineare Abstufung bis zum Wert 0 gebildet und die übrigen Geometrien mit dem entsprechenden Wert versehen. Die Werte werden mit den Gewichtungsfaktoren multipliziert und anschließend aufsummiert. Die maximal erreichbare Summe beträgt demnach den Wert 1. The evaluation of the different geometries takes place in a similar way as the material preselection. The highest value of a rating criterion is always given the value 1. Subsequently, a linear graduation is formed up to the value 0 and provided the other geometries with the appropriate value. The values are multiplied by the weighting factors and then summed up. The maximum achievable sum is therefore the value 1.
Die Auswertung ist in Tabelle 5 dargestellt. Das beste Ergebnis in der Summe mit 0,859 Punkten erzielt eine wellige Rippe 6 (Fig. 8) (in der Tabelle 5 nur mit "Wellig" wiedergegeben). Dies ist auf die große Fläche, die durch die Geometrie erzielt wird, zurückzuführen. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass längliche Rippen durch das MSG-Schweißen an den Sektionen befestigt werden sollen. Jedoch ist durch die Kontur ein Anbringen der benötigten Fase, um einen vollflächigen Kontakt zwischen Rippe und Sektion zu gewährleisten, zwar möglich, dennoch ist aufgrund der Wölbung auf der linken Seite der Rippe (Fig. 8) ein Zuführen des Schweißbrenners nicht möglich. Durch eine geometrische Anpassung der Geometrie, um die Schweißbarkeit gewährleisten zu können, reduziert sich die Punktzahl um nahezu 0,2 Punkte auf 0,672. Obwohl in Fig. 8 im Querschnitt nur eine„Halbwelle“ eines Querschnitts einer derartigen Rippe 6 dargestellt ist, versteht es sich, dass erfindungsgemäß jede Rippe 6 eine Vielzahl von Wellenbergen und Wellentälern aufweisen kann. The evaluation is shown in Table 5. The best result in the sum of 0.859 points achieves a wavy rib 6 (Figure 8) (in Table 5 only with "wavy" reproduced). This is due to the large area achieved by the geometry. However, it should be noted that elongated ribs should be attached to the sections by MSG welding. However, by the contour attaching the chamfer required to ensure full-surface contact between rib and section, although possible, yet due to the curvature on the left side of the rib (Fig. 8), a feeding of the welding torch is not possible. By geometrically adjusting the geometry to ensure weldability, the score is reduced by nearly 0.2 points to 0.672. Although only a "half wave" of a cross section of such a rib 6 is shown in cross section in FIG. 8, it will be understood that according to the invention each rib 6 may have a plurality of wave crests and troughs.
Tabelle 5 zeigt die Auswertung der Geometrie. Table 5 shows the evaluation of the geometry.
Mit einer Differenz von 0,084 Punkten folgt an die unangepasste wellige Rippe die optimierte Rechteckrippe. Diese besitzt aufgrund der optimal berechneten Höhe With a difference of 0.084 points, the unadapted wavy rib is followed by the optimized rectangular rib. This possesses due to the optimally calculated height
bereits das bestmögliche Ergebnis, wohingegen die anderen Geometrien das Potential besitzen, durch weitere Anpassungen noch bessere Ergebnisse zu erzielen. Ein weiterer Grund für das gute Ergebnis der optimierten Rechteckrippe ist, dass der hohe Wirkungsgrad der Geometrie, der durch den geringen Faktor m x h begründet ist. already the best possible result, while the other geometries have the potential to achieve even better results by further adjustments. Another reason for the good result of the optimized rectangular rib is that the high efficiency of the geometry is due to the small factor m x h.
Das nächstbeste Ergebnis erzielt die runde Geometrie mit einer Vertiefung mit dem Verhältnis zwischen Innenradius R, einer kreisförmigen Hohlrippe 7 zu einem Außenradius Ra (vgl. Fig. 9) von 2 zu 3. Mit einer Punktzahl von 0,765 liegt dies 0,009 Bewertungspunkte unter dem Wert der optimierten Rechteckrippe. Jede der Rippen 7 ist in der Mitte mit einer Bohrung versehen. Neben dem erheblichen Mehraufwand ist dies mit erhöhten Werkzeugkosten verbunden. The next best result is achieved by the round geometry with a recess with the ratio between inner radius R, a circular hollow ridge 7 to an outer radius R a (see Fig. 9) of 2 to 3. With a score of 0.765, this is 0.009 rating points below the value the optimized rectangular rib. Each of the ribs 7 is provided in the middle with a bore. In addition to the considerable additional effort, this is associated with increased tooling costs.
Die Simulation eines Rohres, dessen Fertigungsaufwand deutlich geringer ist, mit den identischen Durchmessern der aufgebohrten Rippe zeigt allerdings das Potential dieser Geometrie. Mit einem Wärmestrom von Q = 62,2 W erzielt diese Geometrie einen Wert von 0,787. Dieser übersteigt den Wert der optimierten Rechteckrippe, ohne das volle Potential der Geometrie ausgeschöpft zu haben. In Bezug auf das Befestigen von Rohrrippen an die Sektionen kann eine relativ neu entwickelte Abwandlung des Bolzenschweißens verwendet werden, das Magnetic Rotating Are (MARC) auch Hülsenschweißen genannt. However, the simulation of a pipe, whose production cost is significantly lower, with the identical diameters of the drilled rib shows the potential of this geometry. With a heat flux of Q = 62.2 W, this geometry achieves a value of 0.787. This exceeds the value of the optimized rectangular rib without having exhausted the full potential of the geometry. With regard to attaching tubular ribs to the sections, a relatively newly developed variation of stud welding may be used, called Magnetic Rotating Are (MARC) also called sleeve welding.
Dieses besitzt nahezu identische Eigenschaften wie das Bolzenschweißen und unterscheidet sich vor allem in der Form des Lichtbogens. Es wird ein magnetisch bewegter kreisförmiger Lichtbogen zwischen Rippe und Sektion erzeugt. Dieser sorgt für ein ringförmiges Schmelzbad der beiden Komponenten. Der Vorteil der extrem kurzen Schweißzeiten, geht ebenfalls mit diesem Verfahren nicht verloren. Die Qualität der Schweißnaht ist sehr gut mit Festigkeiten, die über denen der Grundwerkstoffe liegen. Zusätzlich ist das Hülsenschweißen nicht so anfällig gegenüber der Blaswirkung. This has almost identical properties as stud welding and differs mainly in the shape of the arc. A magnetically moved circular arc is generated between the rib and the section. This ensures a ring-shaped molten bath of the two components. The advantage of extremely short welding times is also not lost with this method. The quality of the weld is very good with strengths higher than those of the base materials. In addition, sleeve welding is not as susceptible to blowing.
Da die Geometrie des Rohres in Bezug auf den Wärmestrom nahezu die besten Ergebnisse liefert, wird diese in Kombination mit dem MARC-Schweißen nachfolgend im Detail anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die rohrförmige Geometrie der Kühlrippe wird nachstehend am Beispiel eines genormten Rohrs erläutert. Die Maße sind beispielsweise aus der DIN EN 10220 entnommen. Der Durchmesser, bei dem MARC-Schweißverfahren möglich ist, beträgt wie beim Bolzenschweißen beispielsweise ca. d = 30 mm. Der geringste beispielsweise gewählte Durchmesser beträgt d = 25 mm. Die Dicke der Wandung wird zwischen T = 6,3 mm und T = 5 mm variiert. Since the geometry of the tube provides almost the best results with respect to the heat flow, this in combination with the MARC welding will be explained in detail below with reference to an embodiment. The tubular geometry of the cooling fin will be explained below using the example of a standardized tube. The dimensions are taken, for example, from DIN EN 10220. The diameter at which the MARC welding process is possible is, for example, approximately d = 30 mm, as in stud welding. The smallest, for example, selected diameter is d = 25 mm. The thickness of the wall is varied between T = 6.3 mm and T = 5 mm.
Die Auswertung wird identisch zu der oben wieder gegebenen Auswertung durchgeführt. Es werden dieselben Bewertungskriterien mit den gleichen Gewichtungsfaktoren verwendet. Allerdings wird ein weiteres Bewertungskriterium, der Wärmestrom, hinzugefügt. Da es sich jeweils um eine Rohrrippe handelt, ist diese Ergänzung ohne weitere Anpassungen möglich. Gewichtet wird der Wärmestrom mit dem Faktor 0,3. Die maximal erreichbare Summe steigt somit auf den Wert 1 ,3. Die Länge der Rippen ist unabhängig von den Durchmessern und Wanddicken auf L = 50 mm festgelegt. The evaluation is carried out identically to the above given again evaluation. The same evaluation criteria with the same weighting factors are used. However, another evaluation criterion, the heat flow, is added. Since it is a pipe rib, this addition is possible without further adjustments. The heat flow is weighted by a factor of 0.3. The maximum achievable sum thus increases to the value 1, 3. The length of the ribs is set to L = 50 mm regardless of the diameters and wall thicknesses.
Tabelle 6 zeigt die Auswertung der Optimierung von Durchmesser und Wanddicke. Table 6 shows the evaluation of the optimization of diameter and wall thickness.
Die in Tabelle 6 aufgeführte Auswertung zeigt, dass grundsätzlich die Geometrien mit einer Wanddicke von T = 5 mm bessere Ergebnisse erzielen. Dies lässt sich auf die größere Wärmeaustauschfläche zurückführen. Trotz der geringeren Wanddicke erzielen die Rohrrippen aufgrund ihrer runden Geometrie ähnliche Festigkeiten wie eine vergleichbare Rechteckrippe mit einer Dicke von T = 10 mm. The evaluation in Table 6 shows that in principle the geometries with a wall thickness of T = 5 mm achieve better results. This can be attributed to the larger heat exchange surface. Despite the smaller wall thickness, the tubular ribs, due to their round geometry, achieve similar strengths as a comparable rectangular rib with a thickness of T = 10 mm.
Das beste Ergebnis wird mit einem Durchmesser von d = 30 mm und einer Wanddicke von T = 5 mm erzielt. Anhand dieser festgelegten Charakteristiken der The best result is achieved with a diameter of d = 30 mm and a wall thickness of T = 5 mm. Based on these established characteristics of the
Geometrie wird die besonders bevorzugte Länge der Rippe bestimmt. Die Länge der Rippe wird mit einem Abstand von 2 mm in einem Bereich zwischen L = 30 mm und L = 60 mm variiert. Da sowohl die Fläche, als auch projizierte Fläche identisch sind, werden die Bewertungskriterien auf den Wärmestrom (Gewichtungsfaktor 0,65), den Wärmestrom, bezogen auf das Gewicht (Gewichtungsfaktor 0,2) und dieGeometry determines the most preferred length of the rib. The length of the rib is varied with a distance of 2 mm in a range between L = 30 mm and L = 60 mm. Since both the area and the projected area are identical, the evaluation criteria are based on the heat flow (weighting factor 0.65), the heat flow, based on the weight (weighting factor 0.2) and the
Temperaturleitfähigkeit (Gewichtungsfaktor 0,15), beschränkt. Thermal conductivity (weighting factor 0.15), limited.
Tabelle 7: Auswertung der Optimierung der Länge Table 7: Evaluation of the optimization of the length
In Tabelle 7 sind die Ergebnisse der Auswertung über die Länge der Rippe aufgetragen. Es zeigt sich, dass sich bei einer Länge von L = 36 mm ein Maximum ergibt. Mit größer werdender Länge steigt der Wärmestrom ab dem Maximum im Verhältnis zu der steigenden Masse deutlich geringer. Aus diesem Grund fällt der Verlauf des Graphen ab dem Maximum. Folglich wird die Rippe mit der Länge von L = 36 mm gewählt. Diese bietet den besten Kompromiss der betrachteten Kriterien. Da durch den Prozess des Schweißens die Rippe um etwa eine Länge von L = 1 ,5 mm gestaucht wird, ist dieser Betrag an die optimale Länge der Rippe hinzuzufügen. Somit ergibt sich eine Länge von L = 37,5 mm. Table 7 plots the results of the evaluation over the length of the rib. It turns out that a maximum results with a length of L = 36 mm. As the length increases, the heat flow increases significantly less from the maximum in relation to the rising mass. For this reason, the graph of the graph falls from the maximum. Consequently, the rib with the length of L = 36 mm is selected. This offers the best compromise of the considered criteria. Since the process of welding the rib is compressed by a length of L = 1, 5 mm, this amount is to be added to the optimum length of the rib. This results in a length of L = 37.5 mm.
Die Abmessungen der Optimierung ergeben somit einen Außendurchmesser des Rohres von d = 30 mm bei einer Wanddicke von T = 5 mm und einer Länge von L = 36 mm bzw. L = 37,5 mm unter Berücksichtigung des verwendeten Fügeverfahrens und der damit verbundenen Abnahme der Länge. Neben der bereits bestimmten und optimierten Geometrie der Rippen ist die Anordnung in Kombination mit der Anzahl ebenfalls entscheidend für den übertragenen Wärmestrom. The dimensions of the optimization thus give an outer diameter of the tube of d = 30 mm with a wall thickness of T = 5 mm and a length of L = 36 mm or L = 37.5 mm, taking into account the joining method used and the associated decrease in the Length. In addition to the already determined and optimized geometry of the ribs, the arrangement in combination with the number is also crucial for the transferred heat flow.
Um die Verteilung des zu kühlenden Guts, beispielsweise von Zinkoxid, innerhalb der Sektionen zu ermitteln und somit die Verteilung der Rippen in diesen festlegen zu können, wird der Füllungsgrad f bestimmt. Dieser setzt sich aus der Verweilzeit, dem Volumenstrom des Zinkoxids und dem Volumen der Sektionen zusammen. Anhand des Füllungsgrades lässt sich der Flächenbedeckungsgrad ermitteln. Der Flächenbedeckungsgrad gibt die Fläche der Sektionen an, die mit dem Produkt bedeckt sind. Es ergeben sich für den Füllungsgrad: f = 4,17 % und für den Flächenbedeckungsgrad: lA = 17,61 %. Dies entspricht bei einer Querschnittsfläche der Kammer (Sektion) von QK = 0,342 m2 einer Flächenbedeckung von A = 0,060 m2. In Kombination mit dem dynamischen Schüttwinkel des Zinkoxids von qdyn = 40° kann die Verteilung des Zinkoxids innerhalb der Sektionen in den verschiedenen Lagen, ermittelt werden. In order to be able to determine the distribution of the material to be cooled, for example of zinc oxide, within the sections and thus to be able to determine the distribution of the ribs in these sections, the degree of filling f is determined. This consists of the residence time, the volume flow of zinc oxide and the volume of the sections together. Based on the degree of filling, the area coverage can be determined. The area coverage indicates the area of the sections covered with the product. The degree of filling is f = 4.17% and for the area coverage: l A = 17.61%. This corresponds to a cross sectional area of the chamber (section) of Q K = 0.342 m 2 of a surface coverage of A = 0.060 m 2. In combination with the dynamic angle of repose of the zinc oxide of q dyn = 40 °, the distribution of the zinc oxide within the sections in the different layers can be determined.
Die grafische Ermittlung der Flächenbedeckung eines vorzugsweise geneigt gelagerten oder alternativ waagrecht gelagerten Sektionalkühlers 8 ist in Fig. 10 im Querschnitt dargestellt. Es zeigt sich, dass jeder Bereich der Sektion über einen ähnlichen Zeitraum bedeckt ist. Somit gibt es keinen Bereich, in dem eine Anbringung von Kühlrippen keinen positiven Effekt erzielen würde. Betrachtet man die Verteilung des Zinkoxids genauer, fällt auf, dass das Produkt in den verschiedenen Bereichen unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweist. Die in Fig. 10 mit A, A' und A" gekennzeichneten Bereiche sind die Zonen, in denen das Zinkoxid mit niedrigeren Geschwindigkeiten fließt, während es sich in den Bereichen B, B' und B" mit höherer Geschwindigkeit bewegt. The graphical determination of the area coverage of a preferably inclined mounted or alternatively horizontally mounted sectional cooler 8 is shown in Fig. 10 in cross section. It turns out that every section of the section is covered over a similar period of time. Thus, there is no area where attachment of cooling fins would not have a positive effect. Considering the distribution of the zinc oxide more closely, it is noticeable that the product has different speeds in the different areas. The areas marked A, A 'and A "in Fig. 10 are the zones where the zinc oxide flows at lower speeds while traveling at higher speeds in the areas B, B' and B".
Mit höheren Geschwindigkeiten folgen auch turbulentere Strömungen, die wiederum einen besseren konvektiven Wärmeübergang zur Folge haben. Die hauptsächliche Bedeutung der Wendeleisten liegt darin, die Geschwindigkeit des Produkts zu reduzieren, um den Verschleiß der Sektionen zu reduzieren. Somit wird erfindungsgemäß bevorzugt eine vermehrte Anzahl an Kühlrippen in den Bereichen B, B' und B" der Sektionen angebracht, um einerseits den Vorteil der Strömung in Bezug auf den Wärmeübergang zu nutzen, aber auch die Geschwindigkeit des Produkts insofern zu reduzieren, dass der Verschleiß geringgehalten wird. Nichtsdestotrotz werden erfindungsgemäß auch in den Bereichen A, A* und A" Kühlrippen angebracht, da auch bei den niedrigeren Geschwindigkeiten des Produkts der Wärmeübergang durch die Rippen erheblich verbessert wird. At higher speeds, even more turbulent flows follow, which in turn results in a better convective heat transfer. The main importance of the turning strips is to reduce the speed of the product to reduce the wear of the sections. Thus, according to the invention, an increased number of cooling fins in the areas is preferred B, B 'and B "of the sections, on the one hand to take advantage of the flow in terms of heat transfer, but also to reduce the speed of the product in that the wear is kept low. A * and A "cooling fins attached, as even at the lower speeds of the product, the heat transfer through the ribs is significantly improved.
Durch den berechneten Temperaturverlauf lassen sich zu den Wärmeübergangskoeffizienten die Positionen innerhalb des Kühlers bestimmen. Due to the calculated temperature profile, the positions within the cooler can be determined for the heat transfer coefficients.
Simulationen, deren Randbedingungen, bis auf die Wärmeübergangskoeffizienten, identisch sind, werden einmal mit und einmal ohne Kühlrippe durchgeführt. Durch Bilden der Quotienten zwischen Wärmestrom mit Kühlrippe zu dem Wärmestrom ohne Kühlrippe, kann die Effizienz in den unterschiedlichen Bereichen des Kühlers ermittelt werden. Die Ergebnisse der Simulation sind in Tabelle 8 dargestellt. Simulations whose boundary conditions, with the exception of the heat transfer coefficients, are identical, are performed once with and once without a cooling fin. By forming the quotients between the heat flow with the cooling fin and the heat flow without the cooling fin, the efficiency in the different regions of the cooler can be determined. The results of the simulation are shown in Table 8.
Tabelle 8: Verhältnis Wärmeströme bei unterschiedlichenTable 8: Ratio of heat flows at different
Wärmeübergangskoeffizienten mit und ohne Kühlrippe Heat transfer coefficients with and without cooling fin
Die Verhältnisse zwischen den Wärmeströmen mit und ohne Kühlrippen ergeben sich zu: The relationships between the heat flows with and without cooling ribs result in:
Wie die Verhältnisse zeigen, ist der Mehrgewinn an übertragenem Wärmestrom in allen Bereichen des Kühlers deutlich zu sehen. Mit sinkender Temperatur und somit sinkendem Wärmeübergangskoeffizienten steigt das Verhältnis des Wärmestroms zwischen berippter und unberippter Oberfläche um weitere 15 %. Da sich die Verhältnisse allerdings alle in einem ähnlichen Bereich befinden, soll die Verteilung der Rippen über die Länge des Kühlers gleichmäßig erfolgen. Durch eine gleichmäßige Verteilung der Kühlrippen kann die Montage selbiger einfach gehalten werden. Dieser Vorteil überwiegt den geringen Vorteil des erhöhten Verhältnisses des Wärmestroms im Bereich geringerer Temperatur. As the conditions show, the additional gain in transferred heat flow is clearly visible in all areas of the cooler. With decreasing temperature and thus decreasing heat transfer coefficient, the ratio of the heat flow between finned and non-finned surface increases by a further 15%. However, since the conditions are all in a similar range, the distribution of the ribs over the length of the radiator should be uniform. By a uniform distribution of the cooling fins, the Montage selbiger can be kept simple. This advantage outweighs the small advantage of the increased ratio of heat flow in the lower temperature range.
Erfindungsgemäß wird auch die bevorzugte Anzahl der einzubringenden Kühlrippen ermittelt. Hierbei werden sowohl die Wärmeströme der Kontaktfläche zu der Kühlrippe, aber auch die Wärmeströme der Bodenplatte, die die Rippe umgeben, mit einbezogen. Betrachtet werden dabei die Geometrie rechteckiger Leisten, beispielsweise mit den Maßen 9,9 m x 0,01 m x 0,03 m und die der verwendeten Rohrrippen. Um den Mindestabstand zwischen zwei Rohrrippen von a = 18 mm einzuhalten, ist die maximale Anzahl der Rippen pro Sektion auf 917 pro Meter Kühler begrenzt. Bei dieser Anzahl an Rippen wird ein Wärmestrom erreicht, der doppelt so hoch ist wie der nach dem Stand der Technik. According to the invention, the preferred number of cooling fins to be introduced is also determined. In this case, both the heat flows of the contact surface to the cooling fin, but also the heat flows of the bottom plate, which surround the rib, are included. The geometry of rectangular strips, for example with the dimensions 9.9 m x 0.01 m x 0.03 m and those of the pipe ribs used, will be considered. In order to maintain the minimum distance between two pipe ribs of a = 18 mm, the maximum number of ribs per section is limited to 917 per meter of cooler. With this number of ribs, a heat flow is achieved, which is twice as high as that of the prior art.
Der Wärmestrom bei 971 Rohrrippen bei einer Länge des Kühlers von L = 1 m beträgt pro Sektion Q = 126.182 W. Bei 16 Wendeleisten die nicht durchgehend verschweißt sind, wird unter identischen Bedingungen ein Wärmestrom von Q = 63.146 W erzielt. The heat flow at 971 pipe ribs with a length of the radiator of L = 1 m per section Q = 126.182 W. With 16 turning strips that are not continuously welded, a heat flow of Q = 63.146 W is achieved under identical conditions.
Es lässt sich eine Gleichung aufstellen, die den Wärmestrom in Abhängigkeit der Anzahl an Rohrippen bestimmt: An equation can be set up that determines the heat flow as a function of the number of pipe lips:
Der Wärmestrom der rechteckigen Rippen wird bereits ab einer Anzahl von 205 Rohrrippen erzielt. The heat flow of the rectangular ribs is already achieved from a number of 205 ribs.
Tabelle 9: Daten des Kühlers bei 500 Rohrrippen im Vergleich zu einem herkömmlichen, mit rechteckigen Rippen ausgestatteten Kühler Table 9: Cooler data for 500 pipe ribs compared to a conventional rectangular ribbed cooler
Bei der Anzahl von 500 Rippen erreichen diese nahezu das identische Gewicht, wie 16 der verbauten rechteckigen Wendeleisten, bezogen auf einen Meter. Durch die Steigerung des Wärmestroms um ca. 38 % kann der Sektionalkühler deutlich verkürzt werden. Bei einer Nettolänge der Kühlkammer von L = 9,8 m können bereits 2,7 m eingespart werden, so dass sich eine neue Nettolänge der Kühlkammer von L = 7,1 m ergibt. Unter Berücksichtigung des Gewichts der Kühlrippen können ca. 8,5 Tonnen an Material eingespart werden. With the number of 500 ribs, these reach almost the same weight as 16 of the built-in rectangular turning bars, relative to one meter. By increasing the heat flow by about 38%, the sectional cooler can be shortened significantly. With a net length of the cooling chamber of L = 9.8 m can already be saved 2.7 m, so that there is a new net length of the cooling chamber of L = 7.1 m. Considering the weight of the cooling fins, about 8.5 tons of material can be saved.
Gemäß einer Ausführungsform ergibt sich eine Geometrie der Rippen in einer Sektion 9 eines erfindungsgemäßen Sektionalkühlers 8, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist. According to one embodiment, a geometry of the ribs results in a section 9 of a sectional cooler 8 according to the invention, as shown in FIG.
Unter Berücksichtigung der erlangten Kenntnisse bezüglich der Geometrie von Rippen 10, der unterschiedlichen Zonen A, A', A"; B, B', B" und der Anzahl der Rippen 10 ist der folgende Grobentwurf entstanden. Wie in Fig. 11 ersichtlich ist, befinden sich in den länglichen Zonen B, B', B" der Sektionen 9 deutlich mehr Rippen 10 als in den drei Ecken A, A', A". Dies geht auf die unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Schüttguts zurück. In den länglichen Zonen B, B\ B" ist die Geschwindigkeit höher, weshalb in diesen Bereichen ein erhöhter Wärmeübergang stattfindet, der durch eine erhöhte Anzahl an Kühlrippen 10 weiter verbessert werden kann. Außerdem muss die Geschwindigkeit der Partikel in der Nähe der Wandung der Sektion insofern gesenkt werden, um den Verschleiß der Sektion 9 gering zu halten. Die dargestellte Sektion 9 enthält ca. 500 Rippen 10 über eine Länge von einem Meter. Taking into account the knowledge gained with respect to the geometry of ribs 10, the different zones A, A ', A ", B, B', B" and the number of ribs 10, the following rough draft has arisen. As can be seen in Fig. 11, are located in the elongated zones B, B ', B "of the sections 9 significantly more ribs 10 than in the three corners A, A', A". This is due to the different speeds of the bulk material. In the elongated zones B, B \ B ", the speed is higher, which is why in these areas increased heat transfer takes place, which can be further improved by an increased number of cooling fins 10. In addition, the speed of the particles in the vicinity of the wall of the section must be lowered in order to keep the wear of the section 9 low. The illustrated section 9 contains about 500 ribs 10 over a length of one meter.
Figur 12 stellt die Draufsicht auf die Rohrrippen 10 bei einer der Zonen höherer Teilchengeschwindigkeit dar. Durch den Versatz der Rippen 10 zwischen den Rippenreihen 11 , 12 werden diese durch das feinkörnige Zinkoxid stets angeströmt. Dadurch verringert sich einerseits die Geschwindigkeit des Zinkoxids, aber andererseits wird durch die Ablenkung der Körner eine turbulente Strömung erzielt, durch die sich der konvektive Wärmeübergang verbessert. Der in Fig. 12 dargestellte Pfeil bezeichnet die Fließrichtung. Ein Beispiel, wie die Strömung um eine der Rippen 10 herum aussehen könnte, ist in Fig. 13 dargestellt. Unmittelbar vor der Rippe werden die Partikel nach außen abgelenkt. Hinter der Rippe entstehen mehrere Verwirbelungen, die charakteristisch für turbulente Strömungen sind. Es zeigt sich ebenfalls, dass sich Teilchen geringerer Geschwindigkeit direkt hinter der Rippe befinden. Bei dieser Verteilung der Rippen 10 entsteht kein Wurfschatten hinter den Rippen 10. Das Zinkoxid hat komplett um die Rippe 10 herum Kontakt mit dieser. Erfindungsgemäß sind auch Förderschaufeln innerhalb der Sektionen vorgesehen. Um eine Verweilzeit der Partikel von beispielsweise t = 5,32 Minuten in der jeweiligen Sektion des Kühlers zu erzielen, müssen die Förderschaufeln ebenfalls angepasst sein. Durch eine Reduktion der Schaufeln, eine beschaufeite Wand weniger und eine Anpassung des axialen Versatzes der Schaufeln kann dies erzielt werden. FIG. 12 shows the top view of the tube ribs 10 in one of the zones of higher particle velocity. As a result of the offset of the ribs 10 between the rib rows 11, 12, they are always flowed through by the fine-grained zinc oxide. This reduces the rate of zinc oxide on the one hand, but on the other hand, turbulence is achieved by the deflection of the grains, which improves the convective heat transfer. The arrow shown in Fig. 12 indicates the flow direction. An example of what the flow around one of the fins 10 might look like is shown in FIG. Immediately before the rib, the particles are deflected outwards. Behind the rib create several turbulences, which are characteristic of turbulent currents. It also shows that lower velocity particles are directly behind the rib. With this distribution of the ribs 10, there is no throwing shadow behind the ribs 10. The zinc oxide has contact completely around the rib 10. In accordance with the invention, conveyor blades are also provided within the sections. In order to achieve a residence time of the particles of, for example, t = 5.32 minutes in the respective section of the cooler, the conveyor blades must also be adapted. By reducing the blades, a blasted wall less and adjusting the axial offset of the blades, this can be achieved.
Tabelle 10: Anpassung und Vergleich der Verweilzeit der Partikel gemäß der Erfindung (Neu) gegenüber dem Stand der Technik (Alt) Table 10: Adaptation and comparison of the residence time of the particles according to the invention (new) over the prior art (Alt)
Durch diese Anpassungen ergibt sich ein Vorschub von s = 0,47 m und folglich eine Verweilzeit von t = 5,49 min. Diese unterscheidet sich nur unwesentlich von der bisherigen Verweilzeit. Die verbauten Rippen 10 können als Befestigungspunkte zum Verschweißen der Förderschaufeln dienen. Da die Beschaufelung an einer Wand des Kühlers entfällt, wird in diesem Bereich der Montageaufwand gesenkt. These adjustments result in a feed of s = 0.47 m and consequently a residence time of t = 5.49 min. This differs only insignificantly from the previous residence time. The installed ribs 10 can serve as attachment points for welding the conveying blades. Since the blading is omitted on a wall of the radiator, assembly costs are reduced in this area.
Die gewählte und optimierte Geometrie in Kombination mit dem gewählten Material, dem Baustahl S355JR und dem Fügen durch die spezielle Abwandlung des Bolzenschweißens verbessern den Wärmeübergang in einem Sektionalkühler deutlich gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen. The selected and optimized geometry in combination with the selected material, the structural steel S355JR and the joining due to the special modification of stud welding significantly improve the heat transfer in a sectional cooler compared to designs known from the prior art.
Das gewählte Fügeverfahren, das MARC-Schweißen, zeichnet sich durch sehr kurze Schweißzeiten aus, so dass das Verschweißen der vielen Rippen in möglichst geringer Zeit erledigt werden kann. Mit diesen kurzen Schweißzeiten gehen geringere thermische Belastungen einher als bei anderen Schmelzschweißverfahren. Dies spiegelt sich auch in geringem Verzug der Sektionen und geringen Schweißeigenspannungen im Bereich der durch Wärme beeinflussten Zone wieder. Ebenfalls von Vorteil ist die einfache Handhabung der Schweißpistole, so dass auch weniger geschultes Personal die Schweißungen durchführen kann; jedoch kann die Verschweißung auch automatisiert durch einen Schweißroboter erfolgen. Durch die geringen Abmessungen der Schweißpistole ist die Zugänglichkeit zu den Sektionen ebenfalls gewährt. The selected joining process, MARC welding, is characterized by very short welding times, so that the welding of the many ribs can be done in as short a time as possible. These short welding times are accompanied by lower thermal loads than in other fusion welding processes. This is also reflected in slight warpage of the sections and low residual stresses in the region of the heat affected zone. Another advantage is the ease of use of the welding gun, so that less trained personnel can perform the welds; However, the welding can also be done automatically by a welding robot. By the small size of the welding gun, the accessibility to the sections is also granted.
Beispielsweise beträgt der Durchmesser der Rippen 10 d = 30 mm. Bei der Betrachtung von den Ergebnissen in Tabelle 6 zeigt sich jedoch, dass mit steigendem Durchmesser bessere Ergebnisse erzielt werden. For example, the diameter of the ribs 10 d = 30 mm. When looking at the results in Table 6, however, it can be seen that better results are achieved with increasing diameter.
Die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs übertreffen im Bereich der Fügezone die des Grundwerkstoffs. In Kombination mit dem gewählten Werkstoff für die Rippen 10, ergibt sich somit in dem Bereich, in dem das Produkt auf die Rippen 10, auftritt ein hoher Widerstand gegenüber der vorwiegenden anteiligen Abrasion. Die Härte des Baustahls S355JR übertrifft die der Sektion um fast 40 %. Aufgrund des geringen Gewichts der gewählten Geometrie sind die Mehrkosten durch den höherwertigen Baustahl vernachlässigbar. In Bezug auf die Wärmeleitfähigkeiten besitzen die Wände der Sektion 8 und die Rippen wenigstens im Wesentlichen gleiche Werte. Aufgrund der gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten entstehen bei Temperaturunterschieden keine Spannungen durch unterschiedlich starke Ausdehnungen der Komponenten. Die Problematik der thermischen Ermüdung entfällt aufgrund der gleichen Temperaturleitfähigkeit der beiden Werkstoffe ebenfalls, da bei bisherigen Kühlern mit Wendeleisten aus S235JR ebenfalls keine Ermüdungserscheinungen dieser Art aufgetreten sind. The mechanical properties of the material exceed those of the base material in the area of the joining zone. In combination with the selected material for the ribs 10, thus results in the area in which the product on the ribs 10, a high resistance to the predominantly proportionate abrasion. The hardness of the structural steel S355JR exceeds that of the section by almost 40%. Due to the low weight of the selected geometry, the additional costs due to the higher-grade structural steel are negligible. With regard to the thermal conductivities, the walls of the section 8 and the ribs have at least substantially equal values. Due to the same coefficients of thermal expansion caused by temperature differences no stresses due to different degrees of expansion of the components. The problem of thermal fatigue is also eliminated due to the same thermal diffusivity of the two materials, as previous coolers with S235JR turntables have also not exhibited any signs of fatigue of this type.
Da es sich bei beiden Materialien um Baustahl oder um niedrig legierte Stähle handelt, lassen diese sich sehr gut verschweißen. Außerdem sind keine Nachbehandlungen der Fügezone notwendig. Die Rippen 10 lassen sich leicht durch das Durchschneiden von Rohren herstellen. Ebenfalls von Vorteil ist, dass es sich bei dem ausgewählten Stahl um einen sehr weit verbreiteten Stahl handelt. Since both materials are mild steel or low-alloy steels, they can be welded very well. In addition, no post-treatments of the joining zone are necessary. The ribs 10 can be easily produced by cutting through pipes. Another advantage is that the selected steel is a very widespread steel.
Die Geometrie der Rippe überzeugt bereits ohne Optimierung durch ein sehr gutes Ergebnis. Die Werte übertreffen die der optimierten Rechteckrippe. Durch die Optimierung werden nochmals bessere Ergebnisse erzielt. Die Geometrie kennzeichnet sich durch eine große Wärmeaustauschfläche bei einem geringen Gewicht. Die optimale Länge der Rippe 10 beträgt für den betrachteten Kühler I = 36 mm. Dieser Wert liegt ca. 10 mm unter dem Wert der optimalen Rechteckeckrippe. Somit kann durch diese Eigenschaften ebenfalls Material und Gewicht eingespart werden. The geometry of the rib already convinces without optimization by a very good result. The values exceed those of the optimized rectangular rib. The optimization achieves even better results. The geometry is characterized by a large heat exchange surface with a low weight. The optimum length of the rib 10 is for the considered cooler I = 36 mm. This value is about 10 mm below the value of the optimal Rechteckeckrippe. Thus, by these properties also material and weight can be saved.
Unabhängig von der Anzahl der zu verwendenden Rippen 10, sind diese vorzugsweise versetzt anzuordnen. Dadurch wird erzielt, dass die ursprüngliche Aufgabe der Wendeleisten, den Verschleiß der Sektionen zu reduzieren, trotz der neuen Geometrie erfüllt wird. Durch die runde Geometrie, gepaart mit der versetzten Anordnung der Rippen, wird eine turbulentere Strömung erzeugt, durch welche die Wärmeübertragung verbessert wird. Außerdem entsteht hinter den Rippen kein Wurfschatten. Somit ist die Außenseite der Rippe stetig in Kontakt mit dem zu kühlenden Produkt, was ebenfalls eine hohe Wärmeübertragung gewährleistet. Regardless of the number of ribs 10 to be used, these are preferably arranged offset. This achieves that the original task of the turning strips to reduce the wear of the sections, despite the new geometry is met. The circular geometry, coupled with the staggered arrangement of the ribs, creates a more turbulent flow which enhances heat transfer. In addition, there is no cast shadow behind the ribs. Thus, the outside of the rib is constantly in contact with the product to be cooled, which also ensures a high heat transfer.
Die Anzahl der zu verbauenden Kühlrippen muss allerdings noch bestimmt werden. Der betrachtete Wert von 500 Kühlrippen 10 pro Sektion 8, bezogen auf einen Meter Länge, stellt nur ein Beispiel dar. However, the number of cooling fins to be installed still needs to be determined. The considered value of 500 cooling fins 10 per section 8, relative to one meter in length, is only an example.
Mit einer Gewichtsreduktion des Kühlers gehen weitere Vorteile einher. Zum einen ist das benötigte Drehmoment, um den Kühler in Rotation zu versetzen, geringer. Je nach dem Grad der Verringerung der benötigten Leistung des Motors sinkt dessen Belastung, oder es kann ein in der Anschaffung günstigerer Motor mit weniger Leistung verbaut werden. Damit verbunden sinkt der Energiebedarf der Anlage. Zusätzlich sinken die mechanischen Belastungen im Bereich des Ritzels und des Zahnkranzes für die Übertragung des Motorantriebs auf die Außenwandung des Drehrohrkühlers. Des Weiteren sinken die Belastungen, die auf die Lager einwirken. Auch die Belastung oder Dimensionierung der Fundamente kann je nach Anzahl der Rippen geringer ausfallen oder kleiner ausgelegt werden. Die Einsatzorte der Sektionalkühler sind auf der ganzen Welt verteilt. Die Fertigung der Kühler findet jedoch immer an demselben Standort statt. Durch ein geringeres Gewicht und kleinere Abmessungen ist die Handhabung der Sektionalkühler während des Transports und der Installation des Kühlers mit weniger Aufwand verbunden. Geringer fallen auch die Raumkosten des Sektionalkühlers, die bei der Kalkulation einer Anlage anfallen, aus. Die gewonnenen Kenntnisse über die gewählte Kombination aus Fügeverfahren, Material und Geometrie der Kühlrippe bieten dank der genannten Folgen einen deutlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik. Reducing the weight of the cooler adds more benefits. On the one hand, the torque required to set the radiator in rotation, less. Depending on the degree of reduction of the required power of the engine decreases its load, or it can be installed in a cheaper motor with less power. Connected with this, the energy requirement of the system drops. In addition, the mechanical loads in the area of the pinion and the ring gear for the transmission of the motor drive on the outer wall of the rotary tube cooler decrease. Furthermore, the loads that act on the bearings decrease. The load or dimensioning of the foundations can also be smaller or smaller depending on the number of ribs. The locations of the sectional coolers are distributed around the world. However, the production of the coolers always takes place at the same location. Lower weight and smaller dimensions mean less handling of the sectional coolers during transport and cooler installation. The space costs of the sectional cooler incurred in the calculation of a system are also less. The knowledge gained about the selected combination of joining method, material and geometry of the cooling fin offer thanks to the consequences mentioned a clear advantage over the prior art.
Ein weiterer entscheidender Faktor für einen verbesserten Wärmeübergang ist, dass die Rippen 10 über ihre komplette Auflagefläche mit der Sektion 9 verbunden werden müssen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Energie, die von dem Produkt an die Rippen übertragen wird, möglichst effizient an die von Wasser gekühlte Oberfläche transportiert wird. Ein Kühler besitzt beispielsweise eine Länge von I = 10,5 m. Mit einem Außendurchmesser von d = 2,3 m und einem Gewicht von m = 35.000 kg wird ein körniges Substrat in 8 Sektionen von Temperaturen über T = 700 °C auf T = 150 °C herabgekühlt. Anhand der bekannten Daten des Kühlers lassen sich der Temperaturverlauf und die Wärmeübergangskoeffizienten an verschiedenen Stellen des Kühlers bestimmen. Another crucial factor for improved heat transfer is that the ribs 10 must be connected to the section 9 over their entire contact surface. This ensures that the energy transferred from the product to the ribs is transported as efficiently as possible to the water cooled surface. For example, a cooler has a length of I = 10.5 m. With an outer diameter of d = 2.3 m and a weight of m = 35,000 kg, a granular substrate is cooled in 8 sections from temperatures above T = 700 ° C down to T = 150 ° C. Based on the known data of the cooler, the temperature profile and the heat transfer coefficients can be determined at different points of the radiator.
Jede der acht Sektionen dieses Kühlers ist jeweils beispielsweise mit 16 Wendeleisten versehen. Deren Aufgabe besteht darin, die Geschwindigkeit der Partikel zu senken um den Verschleiß der Sektionen zu minimieren. Da sich gezeigt hat, dass durch die Wendeleisten ebenfalls mehr Wärmeenergie übertragen wird, dienen sie folglich auch als Kühlrippen. In Bezug auf die Optimierung dieser Eigenschaft werden die Wendeleisten untersucht. For example, each of the eight sections of this cooler is equipped with 16 turning strips. Their task is to reduce the speed of the particles to minimize the wear of the sections. Since it has been shown that more heat energy is also transmitted by the turning strips, they consequently also serve as cooling fins. With regard to the optimization of this property, the turning bars are examined.
Um sowohl den vollflächigen Kontakt zwischen Rippe und Sektion zu gewährleisten, aber auch einen hohen Wärmestrom unter Berücksichtigung der in dem Sektionalkühler herrschenden Bedingungen zu erzielen, gilt es, neben dem Fügeverfahren, das am besten geeignete Material zu ermitteln. In order to ensure both full-area contact between rib and section, but also to achieve a high heat flow taking into account the prevailing conditions in the sectional cooler, it is important to determine the most suitable material in addition to the joining process.
Die Ermittlung des Materials erfolgt durch Betrachtung sieben verschiedener relevanter Eigenschaften. Die Verschleißmechanismen, durch die die Rippen belastet werden, sind einerseits Abrasion, die durch eine hohe Härte des Werkstoffs verringert werden kann, und Oberflächenzerrüttung, die durch die Duktilität gesenkt wird. Neben den Kosten und der Temperaturleitfähigkeit werden die Differenzen der Wärmeausdehnungskoeffizienten mit in die Auswertung einbezogen. Um das Ziel, den Wärmeübergang zu verbessern, zu erzielen, sind ebenfalls die Wärmeleitfähigkeit und der Wärmestrom in der Auswertung enthalten. The material is determined by considering seven different relevant properties. The wear mechanisms by which the ribs are loaded are on the one hand abrasion, which can be reduced by a high hardness of the material, and surface disruption, which is lowered by the ductility. In addition to the costs and the thermal diffusivity, the differences in the thermal expansion coefficients are included in the evaluation. To the goal, To improve the heat transfer to achieve, also the thermal conductivity and the heat flow are included in the evaluation.
Die Auswertung der zehn Materialien liefert das Ergebnis, dass sich der Baustahl S355JR unter Berücksichtigung des im Anschluss gewählten Fügeverfahrens am besten für den Einsatz als Werkstoff der Kühlrippen eignet. Durch eine höhere Härte im Vergleich zu der Legierung S235JR wird der Verschleiß durch Abrasion gesenkt. Durch identische Werte der Wärmeleitung und des Wärmestroms des Baustahls S355JR zu dem Baustahl S235JR sind im Bereich des Wärmeübergangs keine Einbußen zu vermerken. Da ebenfalls beide Werkstoffe den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, entstehen im Kontaktbereich zwischen Rippe und Sektion keine Spannungen aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen dem Zustand im Betrieb und zu Zeitpunkten, wo sich der Kühler nicht im Betrieb befindet. The evaluation of the ten materials yields the result that the structural steel S355JR is best suited for use as a material of the cooling fins, taking into account the joining method selected subsequently. Higher hardness compared to the alloy S235JR reduces abrasion wear. Due to identical values of the heat conduction and the heat flow of the structural steel S355JR to the structural steel S235JR no losses are to be noted in the area of the heat transfer. Since both materials also have the same coefficient of thermal expansion, there are no stresses in the contact area between rib and section due to temperature differences between the state during operation and at times when the cooler is not in operation.
Um die Rippen vollflächig an den Sektionen zu befestigen, eignen sich besonders zwei Fügeverfahren, die je nach der Geometrie der Rippe einzusetzen sind. Das MAG-Schweißen wird bei länglichen Kühlrippen eingesetzt. Die Kühlrippen sind mit zwei Fasen zu versehen und durch eine Doppel-HV-Naht über die komplette Fläche mit den Sektionen stoffschlüssig zu verbinden. Bei runden Geometrien eignet sich das Bolzenschweißen aufgrund seiner sehr kurzen Schweißzeiten bei sehr guten mechanischen Eigenschaften der Fügezone. Außerdem sind keine Zusatzstoffe notwendig. Die Vorbereitung beschränkt sich auf das Trennen der Rippen auf die erforderliche Länge und die erforderliche Handfertigkeit der Bedienung eines Bolzenschweißgeräts ist gering. In order to fasten the ribs over the entire area of the sections, two joining methods are particularly suitable, which are to be used depending on the geometry of the rib. MAG welding is used with elongated cooling fins. The cooling fins are to be provided with two bevels and connected by a double HV seam over the entire surface with the sections cohesively. With round geometries, stud welding is suitable for very good mechanical properties of the joining zone due to its very short welding times. In addition, no additives are necessary. The preparation is limited to the separation of the ribs to the required length and the required skill of operating a stud welder is low.
Der weitere entscheidende Faktor der Kühlrippe, die Geometrie, wird ebenfalls durch die Beurteilung unterschiedlicher Kriterien erzielt. Betrachtet werden der Wärmestrom, bezogen auf die Kontaktfläche, der Wärmestrom, bezogen auf die projizierte Fläche, der Wärmestrom, bezogen auf das Gewicht der Kühlrippe, und die Temperaturleitfähigkeit der Geometrie. Nach Bewertung der verschiedenen Geometrien wird eine mit einer Bohrung versehene Stabrippe gewählt. Da diese Geometrie allerdings mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden ist, wird eine rohrförmige Rippe simuliert, die ein noch besseres Ergebnis erzielt. Da offene Geometrien nicht mit dem Bolzenschweißen gefügt werden können, muss eine Abwandlung das MARC-Schweißen verwendet werden. Die gewählte Geometrie des Rohres wird in Bezug auf Außen- und Innendurchmesser optimiert. Betrachtet sind dabei aus Kostengründen lediglich genormte Durchmesser. Das Optimum ergibt sich bei einem Außendurchmesser von d = 30 mm und einer Wanddicke von T = 5 mm. Eine weitere Reihe von Simulationen und deren Beurteilung liefert das Ergebnis, dass die Kühlrippe mit einer Länge von I = 36 mm das bestmögliche Ergebnis liefert. The other crucial factor of the fin, the geometry, is also achieved by assessing different criteria. Considered are the heat flow, based on the contact surface, the heat flow, based on the projected area, the heat flow, based on the weight of the fin, and the temperature conductivity of the geometry. After evaluating the various geometries, a drilled rib is selected. However, since this geometry is associated with a high production cost, a tubular rib is simulated, which achieves an even better result. Since open geometries can not be joined with stud welding, a modification of MARC welding must be used. The selected geometry of the tube is optimized in terms of outer and inner diameter. For cost reasons, only standardized diameters are considered. The optimum results with an outer diameter of d = 30 mm and a wall thickness of T = 5 mm. Another series of simulations and their evaluation provides the result that the cooling fin with a length of I = 36 mm gives the best possible result.
Die Betrachtung des Materialflusses zeigt, dass es Bereiche höherer und niedrigerer Teilchengeschwindigkeit gibt. In den Bereichen höherer Geschwindigkeit sind aufgrund der turbulenteren Strömung und der zusätzlichen Aufgabe die Teilchengeschwindigkeit zu reduzieren mehr Rippen, als im Bereich niedrigerer Teilchengeschwindigkeit anzubringen. Außerdem sind die Rippen versetzt änzuordnen. Dadurch wird erzielt, dass jede Rippe direkt mit Material angeströmt wird. Ein weiterer positiver Effekt der gewählten Geometrie liegt darin, dass hinter der Rippe Verwirbelungen des Produkts auftreten, wodurch der Wärmeübergang durch eine turbulentere Strömung weiter verbessert wird. Mit Hilfe der bestimmten Wärmeübergangskoeffizienten für die unterschiedlichen Positionen unter Temperaturen innerhalb des Kühlers lässt sich ermitteln, dass entlang des Kühlers die Rippen einen nahezu identischen positiven Einfluss auf den übertragenen Wärmestrom haben. The consideration of the material flow shows that there are regions of higher and lower particle velocity. In the higher speed regions, due to the more turbulent flow and the additional task of reducing the particle velocity, more ribs are required than to be applied in the lower particle velocity region. In addition, the ribs are offset. This ensures that each rib is directly flowed with material. Another positive effect of the chosen geometry is that turbulence of the product occurs behind the rib, further enhancing heat transfer through a more turbulent flow. Using the determined heat transfer coefficients for the different positions below temperatures within the cooler, it can be determined that along the cooler the fins have a nearly identical positive influence on the transferred heat flow.
Eine Aufstellung der Gewichtsdifferenz unter Abhängigkeit der Anzahl der eingebrachten Kühlrippen zeigt das mögliche Potenzial der optimierten Rohrrippen. Das wirtschaftliche Optimum ist aus den Kosten durch den steigenden Montageaufwand im Verhältnis zu dem eingesparten Material, dem Gewicht und den daraus folgenden weiteren möglichen Einsparungen, bei steigender Anzahl an Kühlrippen zu ermitteln. Daraus folgend ist die entsprechende wirtschaftliche und technische Auslegung des Kühlers durchzuführen. Da sich die Ergebnisse dieser Arbeit und damit verbunden die Geometrie der Kühlrippen, optisch wie auch technisch stark von der der Wettbewerber unterscheidet, wird überprüft, inwiefern diese patentiert werden können bzw. zu schützen sind. A list of the weight difference depending on the number of introduced cooling fins shows the potential potential of the optimized pipe ribs. The economic optimum is to be determined from the costs of increasing assembly costs in relation to the saved material, the weight and the resulting further possible savings, with increasing number of cooling fins. As a result, the corresponding economic and technical design of the cooler is to be carried out. Since the results of this work and the associated geometry of the cooling fins are visually and technically very different from those of the competitors, it will be examined to what extent they can be patented or are to be protected.

Claims

Patentansprüche claims
1. Drehrohrapparat zum Kühlen oder Erhitzen von rieselfähigen 1. Drehrohparparat for cooling or heating of free-flowing
Schüttgütern, insbesondere Sektionalkühler zum Kühlen eines rieselfähigen Feststoffs, mit an seinen Wänden angebrachten Strukturen zur Erhöhung der wärmeübertragenden Fläche sowie der Wärmeleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen Hohlrohre (10) umfassen.  Bulk goods, in particular sectional coolers for cooling a free-flowing solid, with structures attached to its walls for increasing the heat-transferring surface and the heat conduction, characterized in that the structures comprise hollow tubes (10).
2. Drehrohrapparat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Drehrohparparat according to claim 1, characterized in that the
Hohlrohre (10) in Reihen angeordnet sind, die sich in Längsrichtung des Drehrohrs erstrecken.  Hollow tubes (10) are arranged in rows which extend in the longitudinal direction of the rotary tube.
3. Drehrohrapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte Reihen Hohlrohre (10) eine versetzte Anordnung der Hohlrohre (10) aufweisen. 3. Drehrohparparat according to claim 2, characterized in that in each case two adjacent rows of hollow tubes (10) have an offset arrangement of the hollow tubes (10).
4. Drehrohrapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrohre (10) durch Schrauben, Kleben oder Nieten auf den Wänden von Sektionen (9) aufgebracht sind. 4. Drehrohparparat according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hollow tubes (10) by screws, gluing or riveting on the walls of sections (9) are applied.
5. Drehrohrapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrohre (10) durch ein Schweißverfahren, insbesondere durch Unterpulverschweißen, Metallschutzgasschweißen, Reibschweißen, Bolzenschweißen oder Hülsenschweißen aufgebracht sind. 5. Drehrohparparat according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hollow tubes (10) are applied by a welding process, in particular by submerged arc welding, gas metal arc welding, friction welding, stud welding or sleeve welding.
6. Drehrohrapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrohre (10) eine Länge von weniger als 10 cm, insbesondere von weniger als 5 cm, aufweisen. 6. Drehrohparparat according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hollow tubes (10) have a length of less than 10 cm, in particular less than 5 cm.
7. Drehrohrapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 7. Drehrohparparat according to claim 6, characterized in that the
Hohlrohre (10) eine Länge von 3,6 cm aufweisen. Hollow tubes (10) have a length of 3.6 cm.
8. Drehrohrapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrohre (10) einen Durchmesser von weniger als 5 cm aufweisen, insbesondere von 3,0 cm. 8. Drehrohparparat according to one of claims 1 to 7, characterized in that the hollow tubes (10) have a diameter of less than 5 cm, in particular of 3.0 cm.
9. Drehrohrapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrohre (10) eine Wanddicke von 1 cm oder weniger, insbesondere von 0,5 cm, haben. 9. Drehrohparparat according to one of claims 1 to 8, characterized in that the hollow tubes (10) have a wall thickness of 1 cm or less, in particular of 0.5 cm.
10. Drehrohrapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er in wenigstens drei Sektionen (9) aufgeteilt ist und dass die Sektionen auf den radialen Wänden und auf der Kreisbogenwand (B, B', B") eine höhere Dichte von Hohlrohren (10) aufweisen als in den Eckbereichen (A, A', A") zwischen den radialen Wänden und zwischen den radialen Wänden einerseits und der Kreisbogenwand andererseits. 10. Drehrohparparat according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is divided into at least three sections (9) and that the sections on the radial walls and on the circular arc wall (B, B ', B ") has a higher density of Hollow tubes (10) than in the corner areas (A, A ', A ") between the radial walls and between the radial walls on the one hand and the circular arc wall on the other.
11. Drehrohrapparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die 11. Drehrohparparat according to claim 10, characterized in that the
Sektionen (9) jeweils etwa 500 Rippen oder 500 Hohlrohre (10) je Meter Länge des Drehrohrkühlers aufweisen.  Sections (9) each have about 500 ribs or 500 hollow tubes (10) per meter length of the rotary tube cooler.
12. Verfahren zum Betreiben eines Drehrohrapparats nach einem der 12. A method for operating a Drehrohparparats according to one of
Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Feststoff in einer turbulenten Strömung um die Hohlrohre (10) herumbewegt.  Claims 1 to 11, characterized in that the solid in a turbulent flow around the hollow tubes (10) moves around.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3794295B1 (en) * 2018-05-14 2023-07-26 Grenzebach BSH GmbH Rotary tube apparatus

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE160351C (en) * 1904-04-07 1905-05-10 HEATING OR COOLING ELEMENTS
US1218873A (en) 1913-11-29 1917-03-13 William Lennon Trough or flume.
US1544504A (en) * 1923-10-30 1925-06-30 Clifford J Tomlinson Rotary kiln
US1711297A (en) 1928-02-06 1929-04-30 Wiltse Appliance Co Pump mechanism
US2283129A (en) 1940-11-25 1942-05-12 Allis Chalmers Mfg Co Rotary clinker cooler
US2362539A (en) 1942-07-21 1944-11-14 Traylor Engineering And Mfg Co Rotary water-cooled tube cooler
US2348446A (en) 1943-08-09 1944-05-09 Allis Chalmers Mfg Co Rotary cooler
US2707629A (en) * 1954-03-25 1955-05-03 Frank J Kennedy Method and apparatus for heating metal parts
US3272489A (en) * 1964-03-13 1966-09-13 Pacific Scientific Co Heat treating furnace with removable helical insert
JPS4832639U (en) * 1971-08-21 1973-04-20
BE792880A (en) 1971-12-15 1973-03-30 Kloeckner Humboldt Deutz Ag SATELLITE COOLER FOR ROTARY TUBULAR OVEN
ZA74222B (en) 1973-02-01 1975-01-29 Polysius Ag Planetary cooler
JPS50137307U (en) * 1974-04-27 1975-11-12
GB1447349A (en) 1975-03-18 1976-08-25 Smidth & Co As F L Planetary coolers
GB1502351A (en) 1975-07-23 1978-03-01 Smidth & Co As F L Planetary cooler
US4131418A (en) 1977-05-23 1978-12-26 Fuller Company Tube coolers for rotary kilns
FI71837C (en) 1982-11-26 1987-02-09 Partek Ab Cooling design for radiator in rotary kiln.
US4637034A (en) 1984-04-19 1987-01-13 Hylsa, S.A. Cooling panel for electric arc furnace
US4557804A (en) 1984-05-18 1985-12-10 Triten Corporation Coke cooler
DE3534991A1 (en) 1985-10-01 1987-04-02 Gutehoffnungshuette Man TURN TUBE COOLER
SU1545069A1 (en) * 1987-08-10 1990-02-23 Предприятие П/Я Р-6271 Heat-exchanger
DE3731950A1 (en) * 1987-09-23 1989-04-13 Ruhrgas Ag Annealing furnace with horizontal-axis rotary hearth
SU1737241A1 (en) * 1989-12-20 1992-05-30 Научно-Производственное Объединение "Техэнергохимпром" Loose material refrigerator
AT398129B (en) 1991-01-14 1994-09-26 Waagner Biro Ag TURNTUBE HEAT TREATMENT SYSTEM, ESPECIALLY TURNTUBE TUBES
RU2035683C1 (en) * 1991-06-27 1995-05-20 Сумской Государственный Университет Heat exchanger
DE4406382C2 (en) 1994-02-26 1997-08-14 Metallgesellschaft Ag Rotary cooler for cooling bulk goods
US7458325B1 (en) * 2005-11-15 2008-12-02 Bio-Solids Remediation Corp. Process and apparatus for thermally treating bio-solids
JP4833736B2 (en) * 2006-05-22 2011-12-07 新日本製鐵株式会社 Waste disposal method using externally heated rotary kiln
CN100529536C (en) * 2007-02-07 2009-08-19 史金麟 Honeycomb grate cremation furnace
JP4670861B2 (en) * 2007-11-26 2011-04-13 株式会社Ｉｈｉ Rotary kiln
FR2944344B1 (en) * 2009-04-10 2013-12-27 Inst Francais Du Petrole ROTATING OVEN FOR THERMAL TREATMENT OF SOLID MATERIALS
RU2508389C1 (en) * 2012-08-06 2014-02-27 Государственное унитарное предприятие "Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан" (ГУП "ИНХП РБ") Rotary refrigerator for cooling loose materials
EP2889569A1 (en) * 2013-12-26 2015-07-01 Technip France Rotary cooler comprising a controlled sweep air system
RU2629281C1 (en) * 2016-04-29 2017-08-28 Илья Павлович Рило Cooling thermosiphon for depth thermo-stabilization of soils (versions)
JP6544597B2 (en) * 2017-02-22 2019-07-17 環境・エネルギーＲ＆Ｄ合同会社 Rotary kiln gasifier
EP3794295B1 (en) * 2018-05-14 2023-07-26 Grenzebach BSH GmbH Rotary tube apparatus
CN113970105B (en) * 2020-07-22 2023-06-23 中冶长天国际工程有限责任公司 Dangerous waste incineration system and dangerous waste incineration method based on air inlet of lifting plate
CN113249539A (en) * 2021-06-17 2021-08-13 北京金博威科技有限公司 Suspended rotary kiln reactor and reaction method thereof

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