NO159294B - Fremgangsmaate og anordning for kjoeling av stykkformig materiale. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåte og anordning for kjølning av stykkeformig materiale, såsom jernsvamp, karbonsinter etc., fra en temperatur på eksempelvis 700 - 1000°C til en temperatur på under ca. 100°C,

med hvilken det stykkeformige materialet fra en foranlig-gende prosessenhet tilføres en vertikal kjøler gjennom et i kjølerens topp munnende, ventilutstyrt innmatnings-rør og i kjøleren bringes i kontakt med kald kjølegass, hvoretter det avkjølte materialet trekkes ut gjennom en sentralt i kjølerens bunn anordnet utmatningsanordning.

Ved konvensjonelle kjølere for bl.a. kjølning av karbonsinter og jernsvamp, utnyttes enten tverrstrømskjølning eller motstrømskjølning. Disse kjølere fungerer imid-lertid ikke tilfredsstillende, og da spesielt ikke med hensyn til det utgående materialets temperatur, som kan variere innen vide grenser. For å tilgodese kravet til en maksimal utgangstemperatur må derfor et stort over-skudd av kjølegass anvendes. Til tross for dette fore-kommer, spesielt ved motstrømsavkjøling, at materialet utmates ved en temperatur som overstiger den ønskede maksimumstemperatur. Dette er meget utilfredsstillende spesielt ved jernsvampavkjølning, der partiklene an-tennes og gjenoksyderes om de kommer i kontakt med luft eller hydrogen ved temperaturer over ca. 100°C. Dette beror hovedsakelig på at kjølgassens viskositet øker med temperaturen og sammenhengende med den uregelmes-

sig fordeling av kjølgass-strømmen i kjøleren.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å bevirke en fremgangsmåte som gjør det mulig å kjøle et hovedsake-

lig partikkelformig materiale til en enhetlig utmat-ningstemperatur der hver partikkel har en temperatur som ligger under en fastlagt maksimumstemperatur sam-tidig som gassens kjølevirkning kan optimeres.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å bevirke en kjøler for gjennomførsel av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Det har nå vist seg at man ved å utnytte fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan bevirke en enhetlig temperatur i det avkjølte materiale likesom det kan garan-teres at ingen enkel partikkel oppviser en temperatur som overstiger en forutsatt maksimumstemperatur, hvilken fremgangsmåte kjennetegnes av at kjølegass tilfø-res sentralt inne i den innledningsvis nevnte vertikale kjøleren, hvorved en første kjølegass-strøm tilføres til kjølerens øvre del og bringes til å strømme vinkel-rett mot det innkomne materialets flyteretning, og hvorved en annen kjølegass-strøm tilføres i kjølerens nedre del og bringes til å strømme motstrøms mot det gjennom kjøleren under tyngdekraftens innvirkning strømmende materiale, hvorved størrelsen på den første og den annen kjølegass-strøm reguleres i omvendt forhold til hverandre for optimering av kjølevirkningen.

Kjølegassen avtrekkes gjennom et øvre utløp hvorved i henhold til en foretrukket utførelsesform den utgående kjølegassens temperatur registreres ved hjelp av termoelement eller lignende. Herved kan størrelsen av den første respektive den andre kjølegass-strømmen reguleres med hensyn til temperaturen i nevnte kjølegass-uttak ved hjelp av et selvoptimerende reguleringssystem som påvirker en eller flere reguleringsventiler plas-sert i innløpsledningene for kjølegassen.

I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen kan den avgående hete, med støvpartikler blandede kjølegassen renses og komprimeres for siden å resirkuleres.

I henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen bestemmes den hastighet med hvilken det stykkeformige materialet under tyngdekraftens innvirkning forflytter seg nedover gjennom kjøleren av en i kjølerétns bunn anordnet utmatningsanordning. Den totale kjølegass-strøm reguleres siden i forhold til den av kjølerens utmatningsanordning bestemte produksjonshastighet.

Ved kjølning av jernsvamp utnyttes fortrinnsvis som kjølegass en hovedsakelig N2 og/eller CO2 , eventuelt med innblanding av H2 og CO, inneholdende gass. Ved kjøl-ning av karbonsinter kan luft utnyttes som kjølegass.

Partikkelstørrelsen for det stykkeformige materiale ligger fortrinnsvis i et intervall på 4 - 25 mm, hvorved materialet vanligvis inneholder en finandel på høyden 10 - 15%, hvilken finandel oppviser en partikkelstør-relse på mindre enn ca. 4 mm. Partikler med en stør-relse som overstiger ca. 25 mm adskilles fortrinnsvis før innløpet til gasskjøleren på en rist eller lignende .

Anordningen for kjøling av stykkeformig materiale består av en vertikal, isolert, gasstett sylindrisk beholder med konisk bunn og eventuelt med et ventilutstyrt inn-matningsrør, i hvilken beholder materialet beveger seg under tyngdekraftens virkning, samt en i kjølerens bunn anordnet, materialets strømningshastighet bestemmende utmatningsanordning. Hvilken anordning hovedsakelig kjennetegnes av en sentralt i beholderen anordnet konisk styreflate med sin spiss beliggende sentralt under innmatningsrøret og på en viss forutbestemt avstand der-ifra, en tilførselsledning for en første kjølegass-strøm til under nevnte styreflate, hvorifra gassen strømmer ut i tverrstrøm mot det ned gjennom beholderen strøm-mende hete stykkeformige materiale, en tilførselsled-ning for en annen kjølegass-strøm til en sentralt i beholderens nedre koniske del beliggende gassfordelnings-anordning, fra hvilken kjølegassen strømmer ut i mot-strøms mot det ned igjennom beholderen strømmende stykkeformige materiale, samt et av et øvre utløp for avgående kjølegass.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av anordningen er den koniske styreflatens toppvinkel tilpasset slik at den overensstemmer med rasvinkelen for det innkomne materialet. Herigjennom kommer styreflaten til å fordele det innkomne stykkeformige materialet jevnt rundt om den sylindriske kjøleren. Ved å regulere avstanden mellom innmatningsrørets munning og styreflatens spiss kan tykkelsen for materialskiktet som strømmer forbi den koniske styreflaten i kjølerens tverrstrømnings-område reguleres.

Innmatningsrøret er fortrinnsvis anordnet til alltid å være minst delvis materialfyllt, og ved anpasning av innmatningsrørets lengde og diameter oppnås at den i innmatningsrøret stående materialsøyle motvirker ut-strømning av kjølegass til ovenfor liggende anordningsenheter.

Dens i beholderens nedre koniske del, dvs. i kjølerens motstrømsområde anordnede gassfordelingsanordning oppviser minst en nedadrettet gasstilførselsspalte fra hvilken gassen strømmer oppad motstrøms mot det stykkeformige materialet som beveger seg nedover gjennom den ringspalte som dannes mellom beholderens nedre koniske vegg og gassfordelingsanordningen. Ved behov oppviser gassfordelingsanordningen flere ringformede gasstil-førselsspalter med nedad avtagende diameter. Fordelingen av gass-strømmen nevnte ringspalter reguleres ved hjelp av i tilslutning til ringspaltene anordnede strupeskiver.

Ved kjølebeholderens nedre del er anordnet en utmatningsanordning som bestemmer matehastigheten gjennom kjø-leren, Fortrinnsvis er ved beholderens munning anordnet en lomme i hvilken kan være anordnet en tilførselsanord-ning for en tetningsgass hvorigjennom erholdes en trykkutjevning og man unngår at kjølegassen velger å strømme nedover i stedet for oppover motstrøms mot materialet. Utmatningsrøret fra beholderen kan videre være utformet som tetningsrør hvorved trykkfall over en i røret stående materialsøyle begrenser gassutstrø mningen.

Utmatningsanordningen kan fortrinnsvis utgjøres av en rotorventil som ved stillstand kan bære opp en material-søyle .

Ytterligere fordeler og kjennetegn av oppfinnelsen vil fremgå av nedenstående detaljerte beskrivelse i tilslutning til vedlagte tegning, på hvilken figuren viser et skjematisk tverrsnitt gjennom en foretrukket utførelses-form av en kjøler i henhold til foreliggende oppfinnelse.

På figuren vises således en kjøler for gjennomførsel av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, i form av en vertikal, sylindrisk beholder 1 med konisk avsmalnende bunn 2. Beholderen 1 er minst delvis utstyrt med et ild-fast ffir 3 samt er utført gasstett.

Kjøleren er i første rekke beregnet for stykkeformig materiale med partikkelstørrelser på ca. 4-25 mm, og med en finandel på ca. 10 - 15%, dvs. med partikkelstørrelser på under ca. 4 mm.

Stykkeformig materiale mates inn i beholderen 1 gjennom et innmatningsrør 4, hvorved partikler med en størrelse på mer enn ca. 25 mm avskilles på et gitter eller lignende som antydet ved 5, før innmatning i kjøleren. Inn-matningsrøret kan dessuten være utstyrt med en gasstett avstengningsventil 6. Innmatningsrørets munning 7 er videre fortrinnsvis anordnet regulerbart i høyderet-ningen, hvilket kommer til å beskrives nærmere neden-for.

Når materialet, som betegnes ved 8, strømmer inn i beholderen treffer det en konisk styreflate 9, hvis toppvinkel i det vesentlige overensstemmer med det innkomne materialets rasvinkel. Konen utgjøres av en plate som er anordnet sentralt i beholderen og ligger på lin-je med innmatningsrørets symmetriakse, hvor igjennom materialet fordeles jevnt rundt den sylindriske beholderen. Ved anpasning av avstanden mellom innmatnings-rørets munning og konen, likesom anpasning av innmat-ningsrørets diameter etter det aktuelle stykkeformige materialet kan innmatningsrøret holdes minst delvis materialfyllt og vil derved fungere som en gasslås. Avstanden påvirker videre direkte tykkelsen på det forbi den koniske styreflaten strømmende material-skikt 10.

Under den koniske styreflaten 9 munner en gasstilfør-selsledning 11 med åpninger 12. Gassen fordeles ut fra det rom som dannes under den koniske styreflaten og ovenfor det innrasende materialet og strømmer i tverr-strøm gjennom materialskiktet 10 til et kjølegassutløp 13.

Kjølegass tilføres kjøleren fra en felles, med vifte 14 og reguleranordning 15, utstyrt hovedledning 16, som de-les opp i en med regulerventil 17 utført første tilfør-selsledning 18, gjennom hvilken tilføres kjølegass til under den koniske styreflaten 9, og en annen tilførsels-ledning 19, for tilførsel av kjølegass til en i kjølerens koniske avsmalende motstrømsdel 2 liggende gassfordelingsanordning 20.

Gassfordelingsanordningen 20 utgjøres i den viste utfør-selsformen av et øvre, nedad seg utvidende fordelingskam-mer 21. Under denne er anordnet konsentriske ringer 22, 23 til dannelse av en eller flere ringformede gasstilfør-selsspalter 24, 25, så som en sentral gasstilførselslad-ning 26, fra hvilken kjølegassen bringes til å strømme

opp motstrøms mot det i det ringformige rommet 27, som

dannes mellom gasstilførselsanordningen 20 og beholderveg-gen 2 nedad strømmende materiale. Fordelingen av gass-strømmen gjennom de ringformige spaltene 24, 25 og den sen-trale ledningen 26 reguleres ved hjelp av strupeskiver eller ]ignende. Kjølegassen trekkes siden av sammen med kjølegassen fra tverrstrømsdelen gjennom det felles kjøle-gassutløpet 13.

Det avkjølte materialet forlater kjøleren gjennom et sentralt bunnutløp 28, fra hvilken materialet passerer en lomme 29 og et utmatningsrør 30, hvis lengde og diameter er tilpasset slik at en i materialet stående material-søyle motvirker utstrømning av kjølegass. Lommen 29 utnyttes ved avkjøling av jernsvamp hvorved er anordnet en tilførselsanordning 31 for tetningsgass i form av H2 og/ eller CO2•

Ved avkjøling av karbonsinter når luft utnyttes som kjø-legass, benyttes ikke lomme og tetningsgass.

En utmater 32 som bestemmer hasigheten med hvilken materialet mates gjennom kjøleren er anordnet i utmatnings-rørets nedre ende. Denne utmater kan eksempelvis være av typen rotorventil, som kan bære opp en materialsøyle i røret ved eventuell stopp.

Den hete, støvbeheftede kjølegass kan renses i en vask

33 for siden i det minste delvis å komprimeres og resirkuleres til kjøleren.

Den totale kjølegass-strøm bestemmes av den totale pro-duksjonen, som igjen styres av utmatningsanordningen 32. Fordelingen av kjølegass-strømmen mellom tverrstrøms-

og motstrømssonene i kjøleren kan i henhold til den foretrukne utførelsesform skje ved hjelp av et selvregu-lerende optimeringssystem. Den beste kjølevirkningen erholdes da når utgående kjølegasstemperatur er maksi-

mal og ved hjelp av termoelement 34 eller lignende å

avtaste temperaturen i den utgående kjølegass kan ved hjelp av regulerventilen 17 i første kjølegasstilfør-selsledning 18 og den med 35 antydede prosessenhet den totale gass-strøm optimeres mellom tverrstrømsavkjøl-ningen respektive motstrømsavkjølningen.

Ved avkjølning av jernsvamp utnyttes fortrinnsvis en kjølegass som hovedsakelig inneholder N2 og/eller C02 , eventuelt med innblanding av CO og H2 • Ved avkjøling av karbonsinter kan luft anvendes som kjølegass.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan det

stykkeformige materialet bringes til å bevege seg under tyngdekraftens innvirkning med en hastighet som bestemmes av den i kjølerens bunn anordnede utmatningsanordning. Det stykkeformige materialets partikkelstørrelse ligger fortrinnsvis i intervallet 4-25 mm med en finandel på høyden ca. 10 - 15% med en partikkelstørrelse på under 4 mm, hvorved partikler hvis størrelse over-skrider ca. 25 mm adskilles før innløpet til kjøleren. Ved anordningen i henhold til oppfinnelsen kan innmat-ningsrøret (4) delvis være anordnet til alltid å være delvis materialfyllt.

Tykkelsen på materialskiktet (10) som strømmer forbi den koniske styreflaten (9) i tverrstrømningsområdet kan eksempelvis reguleres ved at avstanden mellom inn-matningsrørets munning (7) og styreflatens (9) spiss er anordnet regulerbart.

Den i beholderens (1) nedre koniske del (2) anordnede gassfordelingsanordning (20) kan eksempelvis oppvise minst en nedoverrettet gasstilførselsspalte fra hvilken gassen strømmer oppad motstrøms mot det stykkeformige materialet som strømmer nedover gjennom ringspal-ten (2 7) som dannes mellom beholderens nedre koniske vegg (2) og gassfordelingsanordningen (20).

Videre kan gassfordelingsanordningen (20) oppvise flere gasstilførselsspalter (24, 25, 26) med nedad avtagende diameter, og at gassstrømmen gjennom disse reguleres ved hjelp av i tilslutning til spaltene anordnede strypeskiver.

Gasstilførselsspaltene kan eksempelvis dannes av konsentriske ringer.

Ved den ved kjølerens utløp anordnede lomme (29) kan være anordnet en tilførselsanordning (31) for tetningsgass for å frembringe en trykkutjevning.

Den ved kjølerens utløp anordnede utmatningsanordning (32) kan utgjøres av en rotorventil.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for avkjøling av stykkeformig materiale så som jernsvamp, karbonsinter etc., fra en temperatur på for eksempel 700 - 1000°C til en temperatur på under ca. 100°C, ved vilken det stykkeformige materiale fra en for-utliggende prosessenhet tilføres en vertikal kjøler gjennom et i kjølerens topp munnende ventilutstyrt innmat-ningsrør og i kjøleren bringes i kontakt med kald kjøle-gass, hvoretter det avkjølte materiale trekkes av gjennom en sentralt i kjølerens bunn anordnet utmatningsanordning, karakterisert ved at kjøle-gass tilføres sentralt inne i nevnte vertikale kjøler, hvorved en første kjølegass-strøm tilføres i kjølerens øvre del og bringes til å strømme i tverrstrøm mot det innkomne materialets flyteretning, og hvorved en annen kjølegass-strøm tilføres i kjølerens nedre del og bringes til å strømme motstrøms mot det gjennom kjøleren strømmende materiale, hvorved størrelsen på den første og den andre kjølegass-strømmen reguleres i omvendt forhold til hverandre for optimering av kjølevirk-ningen.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at kjølegassen trekkes av gjennom et utløp i hvilken den utgående kjølegassens temperatur avtastes ved hjelp av termoelement eller lignende .

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at forholdet mellom den første respektive den andre kjølegass-strømmen reguleres med hensyn til temperaturen i nevnte kjølegassuttak ved hjelp av et selvoptimerende reguleringssystem, hvilket påvirker en eller flere reguleringsventiler■plassert i kjølegassens innløps ledninger.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved at fordelingen av første respektive andre kjølegass-strøm reguleres slik at maksimal temperatur erholdes i den utgående kjølegass-strømmen.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-4 ,karakterisert ved at den hete, med støvpartikler behengte kjølegassen renses og komprimeres for i det minste delvis å resirkuleres.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-5, karakterisert ved at den totale kjølegass-strøm reguleres i forhold til den av kjølerens utmatningsanordning bestemte produksjonshastighet.

7. Anordning for avkjølning av stykkeformig materiale såsom jernsvamp, karbonsinter etc., fra en temperatur på for eksempel 700 - 1000°C til en temperatur på under ca. 100°C for gjennomførsel av fremgangsmåten i henhold til krav 1, som inneholder en vertikal, isolert, gasstett, sylindrisk beholder med konisk bunn og med et eventuelt ventilutstyrt innmatningsrør, i hvilken beholder materialet beveger seg under tyngdekraftens innvirkning som en i kjølerens bunn anordnet,materialets strømningshastighet bestemmende utmatningsanordning, karakterisert ved en sentralt i beholderen (1) anordnet konisk styreflate (9) med sin spiss liggende sentralt under innmatningsrøret (4) for det stykkeformige materialet og på en viss forutbestemt avstand fra innmatningsrørets munning (7), en tilførselsledning (18) for en første kjølegass-strøm til under nevnte styreflate (9), hvorifra gassen strøm-mer ut i tverrstrøm mot det ned gjennom beholderen strømmende hete stykkeformige materialet (8, 10), en tilførselsledning (19) for en andre kjølegass-strøm til en sentralt i beholderens nedre koniske del (2) liggende gassfordelingsanordning (20), fra hvilken kjølegassen strømmer ut motstrøms mot det gjennom beholderen strømmende stykkeformige materialet, samt et øvre utløp (13) for avgående gass.

8. Anordning i henhold til krav 7, karakterisert ved at den koniske styreflatens (9) toppvinkel er tilpasset slik at den overensstemmer med rasvinkelen for det innkomne materialet.

9. Anordning i henhold til krav 8, karakterisert ved at innmatningsrørets (4) lengde og diameter er tilpasset slik at en materialsøyle i røret forhindrer utstrømning av kjølegass til ovenfor liggende anordningsenheter.

10. Anordning i henhold til krav 7-9, karakterisert ved at en ved kjølerens utløp anordnet gasslås i form av en lomme (29) og et dermed for-bundet tetningsrør (30) hvis lengde og diameter er slik tilpasset at en i røret stående søyle hovedsakelig forhindrer utstrømning av kjølegass.