NO139795B - Apparatur for kjoeling av et bevegelig sjikt av faste, gassgjennomtrengelige partikler - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår generelt apparatur for kjoling av gassgjennomtrengelige partikler og mer spesielt apparatur for avkjoling av et sjikt av slike partikler som beveger seg nedover gjennom en avsmalnende binge.

Oppfinnelsen er særlig anvendelig på vertikale sjaktovner som direkte reduserer jernoksyd til metallisk jern og benytter en kjolefot i tilknytning til ovnens nedre del for avkjoling av metallpartiklene, og oppfinnelsen beskrives således under spesiell henvisning til slike ovner. Fagfolk vil imidler-

tid innse at oppfinnelsen har bredere anvendelse og kan brukes som en metode til avkjoling av et hvilket som helst bevegelig sjikt av gasspermeable, faste partikler.

Vertikale sjaktovner med gass -i motstrom har vist seg

å være særlig egnet for varmebehandling av pelletisert, storrel-sessiktet eller klumpformet jernmalm enten malmen skal herdes til oksydpellets i en oksydovn eller reduseres direkte fra oksydpellets til metallisk jern i en reduksjonsovn. For begge typer ovner er det gunstig å avkjole pelletsen for den tappes ut i . atmosfæreomgivelser. Slik avkjoling er spesielt viktig i en reduksjonsovn fordi metallisk jern (Fe) er i en meget aktiv til-stand ved disse relativt hbye reduksjonstemperaturer, typisk

, 700 - 820°C. Hvis pelletsen av metallisk jern ikke avkjoles grundig til omkring 50°C, har den tendens til å bli farlig pyro-

for når den kommer i kontakt med luft ved vanlig temperatur.

For å unngå disse tendenser har det vært brukt for-skjellige kjbleanordninger i kjblefoten eller kjblebingen på

slike ovner. En slik kjolefot kan betraktes som en fyllingsbinge som avsmalner til et halsparti for å sikre en riktig fallhastig-

het for pelletsen gjennom ovnen. Et kjent arrangement består ganske enkelt av en opprettstående hul kjegle med tilfbrsel av

kjblegass nedenfra. Dette system viste seg utilfredsstillende fordi kjblegassen ikke kunne trenge gjennom en tilstrekkelig mengde pellets i sjiktet til at sjiktet ble avkjolt tilstrekkelig. Et annet forsbk på å innfore tilstrekkelige mengder kjolegass i sjiktet bestod i å påsette en rekke kjolegassror aksialt omkring og inn i kjolebingens vegg. Dette system er utilfredsstillende fordi de hurtigstgående partikler i midten av bingen ikke mottok tilstrekkelige mengder kjblegass, som derimot hoved-sakelig ble rettet mot de langsomstgående partikler i nærheten av bingens sammenlopende vegger. Som et forsbk på å unngå disse ulempene er det kjent å benytte en gassfordeler som strekker seg ned i den konvergerende binge og har aksialt anordnede utlbpsåpninger hvorigjennom kjSlegassen fores ut i sjiktet. Selv om slik apparatur forbedret avkjblingen fordi kjblegassen ble inn-fbrt i nærheten av sjiktets hurtigst bevegelige del på flere steder, var apparaturens konstruksjon slik at mesteparten av kjblegassen gikk ut i de ovre åpninger på fordeleren, hvilket tilsvarende nedsatte effekten av kjblegassen i fordelerens nedre del.

Det er således en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en apparatur for avkjoling av et nedoverstrommende sjikt av gassgjennomtrengelige partikler i en konvergerende binge ved innforing av kjblegass-strbmmer omkring de hurtigstrbmmende områder av partiklene i sjiktet for å oppnå bedre utnyttelse av kjblegassen.

Ifblge foreliggende oppfinnelse er det således tilveie-bragt én apparatur for kjoling av et gassgjennomtrengelig sjikt av fallende, faste partikler bestående av: en vegg som i aksial retning strekker seg omkring en bestemt omkrets og omslutter et hulrom som smalner av mot bunnen, organer for innforing av partiklene i hulrommet og ut-tak av partiklene i hulrommets nedre ende, kjbleorganer inne i hulrommet for innforing av en kjolegass under trykk i motstrom til det fallende sjikt, og denne apparatur er kjennetegnet ved at kjoleorganene omfatter: (a) bæreorganer som går inn i nevnte vegg og forer kjblegassen, og (b) en gassfordeler festet til bæreorganet og som mottar kjblegassen fra dette, hvor fordeleren strekker seg nedover i hulrommet og har stadig avsmalnende tverrsnitt i nedadgående retning samt er forsynt med et bestemt antall gassutlopsåpninger som er ordnet i sirkulære soner, hvilke soner har avstand fra hverandre i aksial retning langs gassfordelerens lengde, slik at fordeleren innforer kjblegassen i partiklene som strbmmer langs fordelerens lengde.

Antall gassutlopsåpninger og tilsvarende netto gassut-lbpsareale som hver sone gir, er avpasset som funksjon av sonens plassering i sjiktet hvorved man oppnår omtrent like store utstrommende gassmengder fra hver sone langs gassfordeleren.

av det fallende sjikt utsettes for flere kjblegass-strbmmer etter hvert som partiklene faller langs fordeleren, og således oppnås en effektiv kjoling av hele sjiktet.

Ifblge et annet trekk ved oppfinnelsen er den konvergerende gassfordeler sammensatt av flere suksessivt mindre gassenheter som er satt i hverandre som en hengende trapp eller avsatser. Hver enhet har en kontinuerlig sidevegg med en ovre ende som bærer en utadragende stotteflens. Stotteflensen for en bestemt enhet er innsatt i en gitt avstand inne i sideveggen til den overliggende stbrre enhet. Således vil nedre ende av sideveggen tilhbrende hver gassenhet ha en omkringlbpende kant i form av en overhengende leppe som omgir ovre sideveggparti av den nedenforliggende mindre enhet. Denne fremstikkende eller nedhengende kant hindrer partikler fra å strbmme inn og tette gassutlbpsåpningene som er plasert i nærheten av ovre ende av sideveggene. For det tilfelle at partiklene likevel tetter gassfordeleren i sideretning hindres fullstendig blokkering av et utlbp i form av en åpning i endeveggen i den minste gassenheten nederst i fordeleren. Denne åpning oker netto-gassutlbpsområdet for gassenheten, idet dette utlbpsareale uten nevnte åpning i endeveggen eventuelt ikke er tilstrekkelig til å levere tilstrekkelig kjblegass på grunn av denne enhetens lille stbrrelse.

Det er således en annen hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en apparatur for avkjoling av et nedadstrbmmende bevegelig sjikt av gasspermeable partikler ved hjelp av en rekke sirkulære soner som står i aksial avstand fra hverandre langs gassfordelerens retning og som er beskyttet på en slik måte at gjentetting av åpningene hindres.

Oppfinnelsen kan komme til praktisk utforelse i visse deler og anordning av deler, og en foretrukket utforelse skal i det folgende beskrives detaljert i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser et vertikalsnitt gjennom en vertikal sjaktovn som benytter kjbleapparatur i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 viser et vertikalsnitt i stbrre målestokk gjennom kjoleapparaturen som inngår på fig, 1, og

fig. 3 er et tverrsnitt gjennom kjoleapparaturen, gjennom planet 3-3 på fig. 2.

Det vises til tegningene som illustrerer en foretrukken utforelse av oppfinnelsen og ikke skal begrense denne, hvor man på fig. 1 ser en vertikal sjaktovn 10 med ildfast foring og forsynt med en kjolefot eller kjolebinge 12 i bunnen og kjoleapparaturen 13 anordnet inne i kjblefoten 12 for avkjoling av det fallende sjikt av gassgjennomtrengelige faste partikler 14,

i dette tilfelle jernoksyd-pellets, -klumper eller utsiktet malm.

Sjaktovnen 10 er forsynt med en matetrakt 16 i ovre ende som igjen forsynes med pellets fra et forråd 18. En mate-stuss 20 transporterer pelletsen ned i reduksjonsovnen 10 hvor det opprettes en forste fyllingslinje 21 i form av rislevinkelen eller fylle-vinkelen for pelletsen i ovnen. Ovnsbunnen 10 karakteriseres ved en halsseksjon 22 som stikker ned i kjblefoten eller kjblebingen 12. Over halsseksjonen 22 er det anordnet en gass-innblåsingskrans 25 som mottar varm reduksjonsgass, vist ved pilene 26, fra et gassinnlbpsrbr 28 som igjen er forbundet med et forråd av reduksjonsgass, 29. Reduksjonsgass går inn radialt i sjaktovnen gjennom en rekke kanaler 30 i innblåsingskransen 25 og reduksjonsgassen strbmmer vertikalt oppover i motstrom til det fallende sjiktet 14. Den omsatte reduksjonsgass forlater sjiktet 14 over fyllingstoppen 21 og derfra går ut gjennom roret 32.

Varme pellets som nå er redusert til metallisk jern av den reduserende gass, strbmmer nedover og inn i kjblebingen 12 gjennom halsinnsnevringen 22, og danner der en andre fyllingstopp 33 i kjblefoten 12. Denne kjblefoten 12 kan betraktes som en nedlbpsbinge som er dannet av en yttervegg som er sluttet langs omkretsen og som gir bingen et gradvis avsmalnende tverrsnitt nedover. Denne konvergerende utforming er vist som den omvendt koniske vegg 35 som befinner seg mellom et sirkulært halsparti 36 i kjblebingens bunn og et stdrre sirkulært veggparti 37 som danner fyllingsområdet dverst i kjblebingen. Fallhastigheten for sjiktet 14 av pellets i kjblebingen 12, ovnen 10 og mate-trakten 16 reguleres av et egnet transportbåndsystem 38 som er plasert under utmatingshalsen 36 og drives av en motor 39.

Kjbleapparaturen 13 i kjblebingen 12 omfatter generelt en bæreanordning 40 som går gjennom og er holdt oppe av den kjegleformede vegg 35 og igjen bærer gassfordeleren 42 som henger ned fra bæreanordningen langs den vertikale senterlinje 43 i midten av den koniske veggen 35, hvilken senterlinje faller sammen med senterlinjen gjennom kjblebingen 12 og ovnen 10. Kjblegass under trykk, angitt ved pilene 45, fores fra fordeleren 42 inn i sjiktet 14 på en måte som skal forklares nbyere senere, og går ut av sjiktet over fyllingstoppen 33 og derfra ut av kjblebingen som en relativt varm gass gjennom utlbpsrbret 46 over fyllingstoppen 33. Avgassen eller den brukte kjblegassen blir deretter renset og avkjblt i en egnet kjoler-skrubber 47 og komprimeres i kompressoren 49 fbr den på ny innfores i kjble-apparatet 13, og danner således et lukket kjble-kretslbp.

Det vises nå til fig. 2 og 3 hvor bæremekanismen 40 omfatter en krans eller ring 50 som lbper omkring den omvendt kjegleformede veggen 35, og den midtre innlbpsåpning 52 som befinner seg i ringens geometriske sentrum. Innlbpsåpningen 52 bæres av fire ruterformede innmatningsrbr 53 som er plasert i 90° vinkel til hverandre og strekker seg radialt inn mot sentrum av ringen 50 og gjennom den koniske veggen 35, som igjen bærer hele holdeanordningen 40. Som det best fremgår av fig. 2 dannes den sentrale innlbpsenhet av en omvendt konisk sidevegg 55 som er åpen nederst ved 56 og lukket bverst av veggen 57. Kjblegass kommer inn i ringen 50 via egnede innfbringselementer (ikke vist) og går ut fra ringen gjennom materbrene 53 og inn i innfbringsenheten 52 og derfra gjennom bunnen til gassfordeleren 42.

Gassfordeleren 42 strekker seg nedover i kjblebingen

12 og har en gradvis avsmalende, konvergerende, utforming og karakteriseres ved et bestemt antall gassutlopsåpninger 60 anordnet i sirkulære soner, 61, plasert i avstand fra hverandre i aksial retning langs gassfordelerens lengde. Mer presist er hver åpnings-sone 61 uttatt i en gassutlbpsenhet 63. Hver utlopsåpning 60 har i dette tilfelle like stor diameter og antallet av åpninger innenfor den gitte sone 61 bestemmer da netto-utlopsareal for denne sone. Det er gunstig for å oppnå de beste kjbleresultater at netto-utlbpsarealet oker progressivt etter hvert som sonene an-ordnes fra toppen av gassfordeleren 42 og nedover. I praksis vil gassfordelerens stbrrelse kunne begrense netto-utlbpsarealet for de nederste soner, og i slike tilfeller er det gunstig å holde disse sonenes utlbpsareale omtrent like store som for de høyereliggende soner.

Gassutlbpsenhetene 63 som på tegningene har henvisnings-tallene 63a til 63f og hvor tilsvarende deler har samme'henvisnings-tall, er stukket inn i hverandre til en viss grad teleskopaktig og strekker seg nedover med trappeformede innspring idet gassutlbpsenhetene blir progressivt mindre fra bverste enhet 63a og til nederste enhet 63f. Hver gassenhet 63 består av en sirkulær sidevegg 67 som er åpen nedover. Overst er hver gassenhet forsynt med en utadragende stbtteflens 68. Hver stbtteflens 68 til-hørende gassenhetene 63 er stukket inn i og festet til sideveggen 67 i den umiddelbart ovenforliggende gassenhet. Sideveggen 67

på hver gassenhet strekker seg således lavere enn stbtteflensen

68 på den nedenforliggende enhet og danner på denne måten et

overhengende sirkulært parti 69 som omgir og beskytter den ovre del av sideveggen 67 på hver gassenhet. Hvert overhengende parti 69 vil således i bruk danne en fyllingstopp 70 ved hver gassenhet

63 og på denne måten hindre pellets fra å gjentette fordeleren

42 ved å trenge inn i utlbpsåpningene 60 som, hvilket er et

viktig trekk, er plasert omkring ovre ende av sideveggen 67 og beskyttes av nedhenget 69. For det tilfelle at noen pellets likevel trenger inn i fordeleren 42 finnes en utlbpsåpning gjennom fordeleren i form av åpningen 72 i endeveggen 73, nemlig i bunnen av sideveggen omkring minste gassenhet 63f. Åpningen 72

er inkludert i netto-utlbpsarealet for gassenheten 63f. Fordeleren 42 er på lignende måte forbundet med den midtre utlbpsenhet 52

på bæremekanismen 40 ved hjelp av stbtteflensen 68a på den stbrste gassenheten, som er innpasset i den omvendt kjegleformede sideveggen 55 på lignende måte som de andre gassenhetene 63 er forbundet med hverandre.

Man vil etter denne beskrivelsen se at strbmmer av kjblegass vil strbmme ut i sjiktet fra hver gassenhet 63 for effektiv kjoling av sjiktet 14 etter hvert som dette faller nedover forbi fordeleren 42. Denne effektive kjoling av sjiktet oppnås fordi fordeleren 42 er konstruert ut fra geometriske betraktninger for et bevegelig sjikt av pellets som strbmmer ned gjennom et stadig avtagende tverrsnitt. Kjente fakta omkring strbmningen av pellets i en slik binge viser at pelletsen i sjiktet som befinner seg omkring midtlinjen 43 i bingen 12 vil bevege seg hurtigst av alle pellets i sjiktet mens pellets i nærheten av veggen 35 vil ha den minste bevegelseshastigheten i sjiktet, slik at det dannes en hastighetsgradient på tvers av sjiktet hvormed man kan finne hastigheten for de andre pellets. Fordi fordeleren 42 innforer kjblegass i nærheten av sjiktets hurtigst bevegelige pellets, vil disse omgis av kjblegass med stor kjbleevne. Etter hvert som kjblegassen beveger seg radialt utover gjennom sjiktet tapes den sterke kjbleevne, men de mer langsomtgående pellets utsettes til gjengjeld for kjblegass over et lengre tidsrom og tapet kompen-seres.

Man har funnet, særlig for kjblebinge-seksjoner i sjaktovner som direkte reduserer jernmalm til metallisk jern,

at innforing av bare én strbm av kjblegass i kjbleseksjonen 12

ikke i tilstrekkelig grad vil avkjble pellets som går gjennom kjblebingen. Man fant videre at opprettelse av flere utlbpsåpninger med aksial avstand langs fordelerens hbyde ikke forte til optimal kjoling av sjiktet på grunn av det statiske over-

trykk i sjiktet. Det vil si at trykkgradienten mellom fyllings-linjen 33 og utlbpspunktet for kjblestrbmmen er minst for ovre gassenhet 63a, og at en for stor mengde kjblegass således vil strbmme ut av ovre gassenhet, hvorfra gassen også har kortest strbmningsvei gjennom sjiktet. I henhold til oppfinnelsen nøy-traliseres denne trykkgradient-effekt ved hjelp av antall gassutlopsåpninger 60 som er tatt ut i hver sone 61 på fordeleren 42. Mer presist har man funnet at hvis nettoarealet for alle utlbpsåpninger i hver gassenhet var i det minste like stort og fortrinnsvis progressivt stbrre for de mindre gassenheter, ville tilstrekkelige mengder kjblegass leveres ved hver gassenhet til effektiv kjoling av pelletssjiktet når dette passerer fordeleren 42.

Fordeleren 42 karakteriseres således av at den over

hele lengden er anordnet inntil sjiktets hurtigst fallende partikler og er forsynt med flere utlopsåpninger 60 anordnet i sirkulære soner hvilke soner 61 er anordnet i aksial avstand fra hverandre og slik at hver sone har et netto utlbpsareal som bestemmes av åpningene, i forhold til de andre soner, at det oppnås tilstrekkelige gassmengder som blåses ut gjennom hver sone til effektiv kjoling av partikkelsjiktet.

Oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med en foretrukket utforelse. Man kan naturligvis tenke seg modifikasjoner og forandringer i lys av foreliggende beskrivelse. Slike modifikasjoner og forandringer omfattes av oppfinnelsen i den grad de faller innenfor oppfinnelsens ramme.

Kjdlemekanismen er vist i sammenheng med kjblebingen

på en sjaktovn, for illustrerende formål. Av beskrivelsen vil det være klart at kjblemekanismen kan anvendes på et hvilket som helst bevegelig sjikt av gasspermeable, faste partikler som oppvarmes på andre måter enn i en sjaktovn.

Hovedidéen med foreliggende oppfinnelse er således å. tilveiebringe en konvergerende gjennomlopsbinge som opptar et bevegelig sjikt av partikler, en kjble-apparatur som omfatter en rekke utlbps-soner med avpasset stdrrelse i forhold til hverandre, for oppnåelse av et system av flere effektivt kjblende gasstrbmmer for kjoling av det bevegelige partikkelsjikt i bingen.

Claims (5)

1. Apparatur for kjoling av et gassgjennomtrengelig sjikt av fallende, faste partikler bestående av: en vegg (35) som i aksial retning strekker seg omkring en bestemt omkrets og omslutter et hulrom som smalner av mot bunnen, organer for innforing av partiklene i hulrommet og ut-tak av partiklene i hulrommets nedre ende, kjbleorganer inne i hulrommet for innforing av en kjblegass under trykk i motstrom til det fallende sjikt, karakterisert ved at kjoleorganene omfatter: (a) bæreorganer (40) som går inn i nevnte vegg og forer kjblegassen, og (b) en gassfordeler (42) festet til bæreorganet (40) som mottar kjblegassen fra dette, hvor fordeleren strekker seg nedover i hulrommet og har stadig avsmalnende tverrsnitt i nedadgående retning samt er forsynt med et bestemt antall gassutlopsåpninger (60) som er ordnet i sirkulære soner, hvilke soner har avstand fra hverandre i aksial retning langs gassfordelerens lengde, slik at fordeleren innforer kjblegassen i partiklene som strbmmer langs fordelerens lengde.

2. Apparatur som angitt i krav 1,karakterisert ved at det totale utlbpsareal for utlbpsåpningene (60) innenfor en gitt sone (61) er avpasset som funksjon av trykket i sjiktet omkring denne sone.

3. Apparatur som angitt i krav 2,karakterisert ved at nevnte avsmalnende form i nedadgående retning for fordeleren (42) er oppnådd ved en rekke suksessivt mindre gassutlbps-enheter (63a-63f) som er stukket inn i hverandre teleskopaktig idet hver gassutlopsenhet (63b-63f) er stukket delvis inn i den overliggende enhet, og hver enhet er forsynt med en sone (61a-61f) som omfatter nevnte bestemte antall gassutlopsåpninger ordnet langs fordelerens omkrets.

4. Apparatur som angitt i krav 3,karakterisert ved at hver gassutlopsenhet (63a-63f) omfatter en sidevegg (67) med en ovre og en nedre ende, en stbtteflens (68) som rager ut fra den ovre ende, og utlbpsåpningene (60) er anordnet omkring nevnte ovre ende og stbtteflensen (68) for hver enhet er plassert inne i sideveggen på den overliggende enhet, idet sideveggen for nver enhet strekker seg nedover forbi stbtteflensen på nabo-(nedenforliggende) enhet i form av et overhengende veggparti som beskytter de umiddelbart nedenforliggende gassutlopsåpninger.

5. Apparatur som angitt i krav 4, karakterisert ved at den minste gassutlopsenhet (63f) har en endevegg (73) som er forsynt med en gjennomgående gassutlbpsåpning (72).