Die Erfindung bezieht sich auf eine Austragungsvorrichtung für einen Schachtofen, bestehend aus einer mittels einer Förderleitung mit dem Schachtofen verbundenen Schleusenkammer, in der ein das Ofengut aufnehmendes, den Schleusenkammereinlaß vom Schleusenkammerauslaß abschließendes Zellenrad mit sternförmig angeordneten Zellenwänden antreibbar gelagert ist, wobei die Förderleitung an eine Sperrgas-Druckquelle angeschlossen ist.
Um eine unerwünschte Oxidation zu vermeiden und weitgehend frei von Staubbelästigungen zu bleiben, wird der in einem Schachtofen reduzierte Eisenschwamm heiß ausgetragen und brikettiert. Dabei ergibt sich allerdings die Schwierigkeit, den Austritt des unter Druck stehenden Ofengases aus dem Ofen zu verhindern. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Ofengut portionsweise mit Hilfe eines an die Austragsöffnung ansetzbaren Behälters auszutragen, so daß die Austragsöffnung nach dem Gutaustrag wieder verschlossen werden kann.
Bei anderen bekannten Austragungsvorrichtungen (DE-C-337622, DE-C-338413 und DE-C-345 027) sind über eine Förderleitung mit dem Schachtofen verbundene Schleusenkammern vorgesehen, in denen ein aus einer Trommel bestehender Rotor drehbar gelagert ist. Diese Trommel weist in einem Umfangsbereich eine Durchtrittsöffnung zur Aufnahme bzw. zur Abgabe des Ofengutes auf. Stimmt die Durchtrittsöffnung der Trommel mit dem Schleusenkammereinlaß überein, so wird das Ofengut aus dem Schachtofen in die Trommel eingebracht. Bei einer Drehung der Trommel wird der Schleusenkammereinlaß durch den Trommelmantel abgeschlossen und der Schleusenkammerauslaß geöffnet, wenn die Durchtrittsöffnung im Trommelmantel in den Bereich des Schleusenkammerauslasses gelangt, wobei das Ofengut aus der Trommel durch den Schleusenkammerauslaß abfallen kann. Nachteilig bei dieser Anordnung einer Trommel ist vor allem, daß das Ofengut nicht kontinuierlich durch die Schleusenkammer gefördert werden kann und daß keine Sicherheit vor einem unerwünschten Austreten von Ofengas durch die Schleusenkammer gegeben ist. Dazu kommt noch, daß mit der Drehung der Trommel keine Gutförderung zwischen dem Schleusenkammerein- und -auslaß verbunden ist, weil das Ofengut entweder mit der Trommel mitgedreht wird oder sich an der Trommelinnenwand abwälzt.
Wird das Ofengut nicht heiß ausgetragen, sondern in einer Kühlzone des Schachtofens gekühlt, so besteht die Gefahr, daß eine Wiederoxidation des reduzierten Ofengutes durch die bei der Reduktion entstehenden, oxidierenden Gase in der Kühlzone eintritt. Um einer solchen Wiederoxidation vorzubeugen, ist es schließlich bekannt (DE-C-545 354), der Kühlzone Kohlenmonoxid zuzuführen, das in die Förderleitung zwischen dem Schachtofen und einer Schleusenkammer eingeleitet wird, in der ein das Ofengut aufnehmendes, den Schleusenkammereinlaß vom Schleusenkammerauslaß abschließendes Zellenrad mit sternförmig angeordneten Zellenwänden antreibbar gelagert ist. Durch das Einleiten von Kohlenmonoxid in die Kühlzone wird nicht nur das Ofengut gekühlt, sondern auch erreicht, daß der größte Teil der bei der Reduktion entstehenden, oxidierenden Gase oberhalb der Kühlzone abgeführt werden kann, so daß eine Wiederoxidation des bereits reduzierten Ofengutes vermieden wird. Obwohl durch das Zellenrad der Schleusenkammer ein kontinuierlicher Gutaustrag ermöglicht wird, wird durch die Schleusenkammer kein gasdichter Ofenabschluß erreicht. Diese bekannte Austragungsvorrichtung ist daher nicht für das heiße Austragen von Eisenschwamm aus einem Schachtofen geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Austragungsvorrichtung der eingangs geschilderten Art so zu. verbessern, daß mit einfachen Mitteln der für eine heiße Gutaustragung erforderliche gasdichte Ofenabschluß im Bereich der Schleusenkammer sichergestellt werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Schleusenkammer zwischen dem Schleusenkammereinlaß und dem Schleusenkammerauslaß eine Abgasleitung im Förderbereich des Zellenrades aufweist und daß der Winkelabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellenwänden des Zellenrades kleiner als die Winkelabstände der Abgasleitung einerseits vom Schleusenkammereinlaß und anderseits vom Schleusenkammerauslaß ist.
Durch das Vorsehen einer. Abgasleitung zwischen dem Schleusenkammereinlaß und dem Schleusenkammerauslaß im Förderbereich des Zellenrades kann wirksam verhindert werden, daß mit dem Ofengut entsprechende Sperrgasmengen durch die Schleusenkammer ausgetragen werden. Das Sperrgas muß ja zumindest einen dem Druck des Ofengases gleichen Druck aufweisen, um ein Vordringen des Ofengases bis zur Schleusenkammer und einen Druckverlust im Ofen zu vermeiden. Damit in der Förderleitung zwischen dem Schachtofen und der Schleusenkammer ein entsprechender Druck des Sperrgases mit. geringem Aufwand aufgebaut werden kann, mu5-eine unmittelbare Verbindung zwischen der Förderleitung und der Abgasleitung einerseits und zwischen der Abgasleitung und dem Schleusenkammerauslaß anderseits über eine Zellenkammer des Zellenrades unterbunden werden. Zu diesem Zweck ist der Winkelabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellenwänden des Zellenrades auf die Winkelabstände der Abgasleitung einerseits vom Schleusenkammereinlaß und anderseits vom Schleusenkammerauslaß abgestimmt, so daß sich in jeder Drehlage des Zellenrades zumindest eine Zellenwand zwischen der Abgasleitung und dem Schleusenkammereinlaß bzw. -auslaß befindet.
Soll eine besonders gute Unterbrechung der Strömungswege zwischen der Abgasleitung und dem Schleusenkammerauslaß sichergestellt werden, so kann der Winkelabstand zwischen der Abgasleitung und dem Schleusenkammerauslaß größer als der doppelte Winkelabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellenwänden gewählt werden. Bei einer solchen Ausbildung befinden sich in jeder Drehstellung des Zellenrades zumindest zwei Zellenwände zwischen der Abgasleitung und dem Schleusenkammerauslaß.
Der notwendige Druckabbau in der Schleusenkammer beruht darauf, daß die Zellenwände an die Umfangswand der Schleusenkammer anschließen und einen Verschluß zwischen dem Schleusenkammereinlaß und dem Schleusenkammerauslaß bilden. Da dieser Verschluß jedoch wegen des notwendigen Spieles zwischen dem Zellenrad und der Schleusenkammer nicht völlig gasdicht sein kann, wird das Sperrgas auch entgegen der Förderrichtung des Zellenrades zwischen den Zellenwänden des Zellenrades und der Schleusenkammerwandung in die Schleusenkammer eindringen. Damit auch dieser Sperrgasanteil am Austritt aus der Schleusenkammer gehindert werden kann, kann zwischen dem Schleusenkammereinlaß und dem Schleusenkammerauslaß im Rücklaufbereich des Zellenrades an die Schleusenkammer ebenfalls eine Abgasleitung angeschlossen werden.
Da erfindungsgemäß das Zellenrad nicht zu Dosierzwecken, sondern zum möglichst gasdichten Abschließen einer Schleusenkammer verwendet wird, müssen die Zellenwände des Zellenrades nahe an die Schleusenkammerwandung herangeführt werden. Dabei sind die vergleichsweise hohen Temperaturen des die Schleusenkammer durchsetzenden Ofengutes von beispielsweise 750 °C zu berücksichtigen. Wegen dieser hohen Guttemperaturen ist eine Wärmeabstrahlung trotz guter Wärmeisolierungen nicht zu vermeiden, so daß damit gerechnet werden muß, daß die Wände der Schleusenkammer eine niedrigere Temperatur aufweisen werden als das in der Schleusenkammer gelagerte Zellenrad. Die damit verbundenen unterschiedlichen Wärmedehnungen dürfen die Drehbarkeit des Zellenrades nicht in Frage stellen, so daß zwischen dem Zellenrad und der Schleusenkammer ausreichende Dehnungsspiele vorgesehen sein müssen, und zwar vor allem im Hinblick auf das Anfahren aus dem kalten Zustand bis zur vollen Betriebstemperatur. Bei einem solchen Anfahren werden die größten Temperaturunterschiede auftreten, die jedoch bestimmte Werte nicht übersteigen sollen, um nicht zu große Dehnungsspiele in Kauf nehmen zu müssen. Das axiale Dehnungsspiel des Zellenrades gegenüber der Schleusenkammer kann für den gasdichten Abschluß der Schleusenkammer durch das Zellenrad unbeachtlich bleiben, wenn das Zellenrad aus zwei stirnseitigen Scheiben besteht, zwischen denen die Zellenwände eingesetzt sind. Diese stirnseitigen Scheiben schließen die Zellenkammern in axialer Richtung gasdicht ab, so daß auf ein Anschließen der Zellenwände an die Stirnwände der Schleusenkammer keine Rücksicht genommen werden muß. Die stirnseitigen Scheiben des Zellenrades können folglich mit einem die Wärmeausdehnung des Zellenrades gegenüber der Schleusenkammer aufnehmenden Abstand von den Stirnwänden der Schleusenkammer ohne Einbuße an der Dichtheit der Schleuse angeordnet werden. Dieser axiale Abstand zwischen den stirnseitigen Scheiben des Zellenrades und den Stirnwänden der Schleusenkammer ergibt jedoch einen möglichen Strömungskanal für das zwischen den stirnseitigen Scheiben des Zellenrades und der Umfangswand der Schleusenkammer durchtretende Sperrgas, das nicht mehr in den Bereich der Abgasleitungen, sondern in den Bereich des Schleusenkammerauslasses gelangt. Um einen solchen im wesentlichen unbehinderten Gasdurchtritt zum Schleusenkammerauslaß zu verhindern, tragen die stirnseitigen Scheiben des Zellenrades in weiterer Ausbildung der Erfindung wenigstens einen gegen die Stirnwand der Schleusenkammer vorragenden Ringflansch, der einen Gegenflansch an der Stirnwand der Schleusenkammer unter Bildung eines Dichtspaltes außen übergreift. Da der Ringflansch und der Gegenflansch konzentrisch nebeneinander liegen, wird die axiale Dehnungsmöglichkeit des Zellenrades durch diesen Abschluß des stirnseitigen Raumes zwischen dem Zellenrad und der Schleusenkammer nicht eingeschränkt. Wegen der Anordnung des Ringflansches am Zellenrad außerhalb des Gegenflansches der Schleusenkammer bleibt auch die radiale Dehnungsmöglichkeit des Zellenrades voll erhalten, weil auf Grund der höheren Temperatur des Zellenrades sich das Zellenrad stärker als die Schleusenkammer ausdehnen wird. Der sich beim Anfahren der Druckschleuse mit dem Temperaturunterschied zwischen dem Zellenrad und der Schleusenkammer vergrößernde Dichtspalt zwischen den Ringflanschen und den Gegenflanschen verkleinert sich beim Erreichen der Betriebstemperatur wieder auf das gewünschte Maß, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem Zellenrad und der Schleusenkammer kleiner wird. Die beim Anfahren auftretende Vergrößerung des Dichtspaltes zwischen den Ringflanschen und den Gegenflanschen bedingt jedoch keine störende Beeinträchtigung bezüglich der Dichtheit der Schleuse, weil mit dem Größerwerden dieser Dichtspalte auf Grund der stärkeren radialen Ausdehnung des Zellenrades die Radialspalte zwischen den Zellenwänden und den stirnseitigen Scheiben des Zellenrades einerseits und der Umfangswand der Schleusenkammer anderseits kleiner werden, so daß die Dichtwirkung in allen Betriebszuständen als angenähert konstant angesehen werden kann. Die hohe Temperatur des Ofengutes, das möglichst ohne Wärmeverlust durch die Schleusenkammer gefördert werden soll, bedingt eine vergleichsweise hohe Wärmebelastung der Lager für die Welle des Zellenrades. Zur Herabsetzung dieser Wärmebelastung kann zwischen der Schleusenkammer und der Welle des Zellenrades auf der dem Zellenrad zugekehrten Seite der Lager für die Welle des Zellenrades wenigstens ein Ringkanal für ein Kühlmittel vorgesehen sein. Durch diese Maßnahme kann nicht nur die Lagertemperatur herabgesetzt, sondern auch eine zusätzliche Sicherheit gegenüber einem Sperrgasaustritt über die Wellenlager gewonnen werden. Besonders günstige Verhältnisse werden dabei geschaffen, wenn jeweils zwei Ringkanäle axial hintereinander vorgesehen werden, um eine stufenweise Kühlung zunächst mit einem kalten Inertgas und dann mit einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, durchzuführen.
Schließt der Ringkanal jeweils an die stirnseitige Scheibe des Zellenrades an, wobei die Schleusenkammer einen gegen die stirnseitige Scheibe axial vorragenden Ringflansch trägt, der einen Gegenflansch an der stirnseitigen Scheibe unter Zwischenlage eines dichtenden Gleitringes außen übergreift, so werden sehr einfache Konstruktionsverhältnisse sichergestellt, ohne durch die notwendige Dehnungsmöglichkeit des Zellenrades gegenüber der Schleusenkammer den dichten Abschluß des Ringkanales gegenüber der Schleusenkammer zu gefährden. Die Dehnung des Zellenrades gegenüber der Schleusenkammer bewirkt bei einer solchen Flanschanordnung ein Zusammendrücken des zwischen den Flanschen eingespannten Gleitringes, der dementsprechend elastisch nachgeben muß. Durch die größere Preßkraft auf den Gleitring wird der dichte Abschluß des Ringkanales sogar vergrößert.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt. Es zeigen
Um beispielsweise Eisenschwamm aus einem Niederschachtofen kontinuierlich austragen zu können, ohne Gefahr zu laufen, daß mit dem heißen Ofengut auch Ofengas austreten kann, ist die Fördereinrichtung zum Austragen des heißen Ofengutes über eine Förderleitung 1 an eine Schleusenkammer 2 angeschlossen, in der ein Zellenrad 3 antreibbar gelagert ist. Dieses Zellenrad 3 besteht aus zwei auf einer Welle 4 sitzenden, stirnseitigen Scheiben 5, zwischen denen die Zellenwände 6 eingesetzt sind. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die stirnseitigen Scheiben 5 mit axialem Abstand von den Stirnwänden 7 der Schleusenkammer 2 vorgesehen sind, während der radiale Spalt 8 (siehe insbesondere Fig. 3) zwischen dem Zellenrad 3 und der Umfangswand 9 unter Berücksichtigung der möglichen radialen Ausdehnung des Zellenrades 3 gegenüber der Schleusenkammer 2 klein gehalten ist, um einen weitgehend dichten Anschluß des Zellenrades 3 an die Schleusenkammer 2 sicherzustellen. Der sich zwischen den Stirnwänden 7 der Schleusenkammer 2 und den stirnseitigen Scheiben 5 des Zellenrades 3 ergebende Ringraum 10 wird im Bereich des Außenumfanges des Zellenrades 3 durch eine Spaltdichtung abgeschlossen, die aus zwei mit radialem Abstand voneinander angeordneten Ringflanschen 11 an den stirnseitigen Scheiben 5 des Zellenrades 3 und zwei entsprechenden Gegenflanschen 12 an den Stirnwänden 7 der Schleusenkammer 2 gebildet wird. Da jeweils die gegen die Stirnwände 7 axial vorragenden Ringflansche 11 den zugehörigen Gegenflansch 12 außen übergreifen, kann sich bei einer wärmebedingten Ausdehnung des Zellenrades 3 gegenüber der Schleusenkammer 2 keine die Drehung des Zellenrades 3 behindernde Berührung der Flansche 11 und 12 ergeben. Die axiale Dehnung bewirkt lediglich ein axiales Vorschieben der Ringflansche 11 gegen die Stirnwände 7, wobei für diese Relativbewegung ein ausreichendes Dehnungsspiel vorhanden ist. Ein radiales Ausdehnen des Zellenrades 3 bedingt eine Vergrößerung der Dichtspalte 13 zwischen den Ringflanschen 11 und den zugehörigen Gegenflanschen 12, weil sich der radiale Abstand der Ringflansche 11 von der Welle 4 vergrößert. Gleichzeitig wird der radiale Spalt 8 im Ausmaß der Vergrößerung der Dichtspalte 13 verringert, so daß die Dichtwirkung trotz der zu erwartenden unterschiedlichen Ausdehnungen von Zellenrad 3 und Schleusenkammer 2 erhalten bleibt.
Damit die Lager 14 für die Welle 4 des Zellenrades 3 vor einer übermäßigen Temperaturbeanspruchung geschützt werden können, sind auf der dem Zellenrad 3 zugewandten Seite der Lager 14 zwischen der Schleusenkammer 2 und der Welle 4 je zwei Ringkanäle 15 und 16 vorgesehen, in die ein Kühlmittel eingeführt werden kann. Zum dichten Abschluß der Ringkanäle 15 gegenüber der Schleusenkammer bildet die Schleusenkammer 2 jeweils einen gegen die stirnseitige Scheibe 5 axial vorragenden Ringflansch 17, der einen Gegenflansch 18 an der stirnseitigen Scheibe 5 des Zellenrades 3 außen mit radialem Abstand übergreift, wobei zwischen dem Ringflansch 17 und dem Gegenftansch 18 ein Gleitring 19 dichtend eingesetzt ist, der beispielsweise aus einer Grafit-Asbestmischung besteht. Dehnt sich der Gegenflansch 18 des Zellenrades 3 gegenüber dem Ringflansch 17 der Schleusenkammer 2 auf Grund unterschiedlicher Temperaturbelastungen stärker aus, so wird der Gleitring 19 zwischen den Flanschen 17 und 18 stärker zusammengedrückt, was die Dichtheit des Ringkanales 15 gegenüber der Schleusenkammer 2 und dem Ringraum 10 erhöht, ohne die Drehbarkeit des Zellenrades 3 störend zu beeinflussen, weil der Gleitring 19 elastisch nachgeben kann. Das aus einem kalten Inertgas bestehende, über Leitungen 20 in den Ringraum 15 eingeleitete Kühlmittel führt die aufgenommene Wärme über die Leitungen 21 wieder ab. Der Ringkanal 16, der von dem Ringkanal 15 getrennt ist, wird über die Zuleitungen 22 mit Kühlwasser gefüllt, das über eine mit dem Ringkanal 16 durch Radialbohrungen 23 verbundene Axialbohrung 24 der Welle 4 abgeführt wird. Um die axiale Ausdehnung der Welle 4 zu berücksichtigen, ist die Axialbohrung 24 durch ein verschiebbar in ein Anschlußstück 25 eingreifendes Verlängerungsrohr 26 verlängert. Zum Abführen der Wärme steht somit ein abgestuftes Kühlsystem zur Verfügung, das zulässige Betriebstemperaturen für die Lager der Welle 4 des Zellenrades 3 gewährleistet.
Um einen Austritt des unter Druck stehenden Ofengases aus dem Ofen über die Förderleitung 1 zu verhindern, wird die Förderleitung 1 mit Hilfe eines Rohranschlusses 27 an eine Sperrgas-Druckquelle angeschlossen, so daß in der Förderleitung 1 ein Sperrgasdruck größer als der Ofengasdruck aufgebaut werden kann. Der Sperrgasdruck muß jedoch innerhalb der Schleusenkammer 2 abgebaut werden, um einen Austritt des Sperrgases aus der Schleusenkammer 2 weitgehend verhindern zu können. Dies wird mit Hilfe des Zellenrades 3 bewirkt, wobei zwischen dem Schleusenkammereinlaß 28 und dem Schleusenkammerauslaß 29 sowohl im Förderbereich des Zellenrades 3 als auch im gegenüberliegenden Rücklaufbereich eine Abgasleitung 30 vorgesehen ist, die das in die Schleusenkammer 2 eindringende Sperrgas in einen bestehenden Gaskreislauf abführt. Da das Sperrgas erhitzt werden muß, um eine Abkühlung des Ofengutes zu vermeiden, ist eine Kreislaufführung des Sperrgases von erheblicher, wirtschaftlicher Bedeutung.
Damit in der Förderleitung 1 ein entsprechender Sperrgasdurck mit wirtschaftlichen Mitteln aufgebaut werden kann, sollte keine unmittelbare Verbindung zwischen der Förderleitung 1 und den Abgasleitungen 30 bestehen. Der Strömungsweg zwischen dem Schleusenkammereinlaß 28 und den Abgasleitungen 30 muß daher stets durch mindestens eine Zellenwand 6 unterbrochen sein. Um diese Bedingung erfüllen zu können, ist der Winkelabstand a zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellenwänden 6 des Zellenrades 3 kleiner als die Winkelabstände ß der Abgasleitungen 30 vom Schleusenkammereinlaß 28 zu wählen. Die gleiche Bedingung gilt für den Winkelabstand der Abgasleitungen 30 vom Schleusenkammerauslaß 29, um einen Sperrgasdurchtritt zum Schleusenkammerauslaß 29 zu unterbinden. Befinden sich zwei oder mehrere Zellenwände zwischen den Abgasleitungen 30 und dem Schleusenkammerauslaß 29, so wird die Sicherheit gegenüber einem unerwünschten Sperrgasaustritt erhöht.
Das Zellenrad 3, das über ein Kettenrad 31 angetrieben werden kann, fördert das heiße Ofengut durch die Schleusenkammer 2, wobei auf Grund des Abschlusses des freien Durchgangsweges zwischen dem Schleusenkammereinlaß 28 und dem Schleusenkammerauslaß 29 durch das Zellenrad 3 ein bestimmter Sperrdruck im Bereich der Förderleitung aufrecht erhalten werden kann. Die das Zellenrad 3 aufnehmende Schleusenkammer 2 wirkt folglich als Druckschleuse, die das heiße Ofengut durchläßt, so daß ein kontinuierlicher Ofenaustrag gewährleistet werden kann, ohne einen Austrag des Ofengases befürchten zu müssen. Um Wärmeverluste des Ofengutes so gering wie möglich zu halten, weist die Schleusenkammer 2 eine entsprechende Wärmeisolierung 32 auf, die jedoch nicht verhindern kann, daß zwischen dem Zellenrad 3 und der Schleusenkammer 2 ein Temperaturunterschied auftritt, der sich insbesondere beim Anfahren der Druckschleuse aus dem kalten Zustand bemerkbar macht, indem das Zellenrad 3 einer stärkeren Wärmedehnung unterworfen wird. Diese stärkere Wärmedehnung wird durch entsprechende Dehnungsausgleiche konstruktiv aufgefangen, ohne die Schleusenwirkung zu gefährden.