烧结冷却器的制作方法

本发明涉及一种用于逆流运行的烧结冷却器，以及用于冷却烧结物的方法。

背景技术：

烧结机通常用于通过烧结工艺来使细颗粒结块，在所述烧结工艺中，通常多孔的物质由颗粒形成，同时在很大程度上保持其化学性质。可以在随后的工艺中使用烧结工艺的产物——烧结物。例如在钢铁生产中，已知的是由铁矿石和其它颗粒生成烧结物，然后在鼓风炉中使用所述烧结物。在烧结工艺之后，起初具有比如600℃-700℃的高温的烧结物在烧结冷却器中被冷却至中等温度例如100℃。

在常见类型的烧结冷却器中，热烧结物通过上进料开口被重力供给到通筒(shaft，竖井)中。在通筒的下端，可以例如由刮刀通过排料开口来提取烧结物。当烧结物通过通筒下降时，冷却气体(通常为空气)被引导通过该通筒，使得烧结物被冷却并且气体被加热。可以将加热的气体用于热回收工艺，例如，用于再循环到烧结机和/或产生可驱动发电机的蒸汽。

除了其中冷却气体主要水平地流动的横流通筒式冷却器之外，还已知采用其中冷却气体的总体运动为竖向向上通过烧结物而烧结物向下移动的逆流冷却器。这些冷却器对于烧结物和气体之间的热传递是非常有效的。气体进入通筒的下部，并被向上吸到通筒的顶部，从通筒的顶部可以被引导至一些热回收装置。常见类型的烧结冷却器具有圆形通筒，烧结物在所述圆形通筒中被接收并冷却。类似斜槽的进料设备放置在通筒上方的一个位置，而通筒本身可旋转地安装。在运行期间，通筒旋转使得通筒的不同部分通过进料设备被顺序地装填以烧结物。空气入口叶片切向地布置在通筒的内壁和外壁的下部。密封罩放置在通筒的顶部上并连接至空气抽吸风扇或类似物。

特别是在将新的烧结冷却器安装在现有烧结设施中时，主要目标是最小化冷却器的占用空间，因为通常在该区域中的可用空间非常有限。由于烧结设施的较长时间停工在经济上是不可接受的，现有的烧结冷却器通常必须在新的烧结冷却器安装期间保持运行。

即使冷却器的占用空间减小，所需的空气流率也必须保持不变，因为这是冷却工艺的要求，所述空气流率通过待冷却的烧结物的量乘以具体的空气与烧结物的比率(y吨空气/z吨烧结物)来限定。如果给定的空气流率被引导通过较小的冷却器，空气速度因此增加。这会导致问题，因为烧结床中的压降随着空气速度的增加而过比例地增加。另一方面，烧结冷却器的运行成本很大程度上取决于通过烧结床的压降，因为压降与空气抽吸风扇的耗电成正比。因此，为了避免由于占用空间小造成的运行成本的增加，通过烧结床的空气速度以及由此的压降应当保持尽可能低。

实现这个目的的一个选择是增加通筒的水平截面。这通过减小内通筒壁的直径来实现，即在通筒变宽的同时保持其外径来实现。虽然空气速度——以及由此的压降——通常通过该措施降低，但是空气分布成为关键的问题。在所述类型的普通冷却器中，空气入口叶片集成在内通筒壁和外通筒壁的下部中，因此这是冷却空气进入通筒的地方。在窄通筒(最高达1m的宽度)中，可以假定在某个入口段例如1m之后，空气均匀分布通过通筒的整个截面。在宽通筒(例如1.5m的宽度或更宽)中，该均匀混合经历更长的通路，因为从空气入口叶片到通筒中心的距离更长，并且存在一定的边界效应(例如沿着通筒壁的优先流动)。然而，冷却空气的不均匀分布导致差的冷却工艺，即，烧结物未被有效地冷却和/或空气未被最佳地加热。

已经提出通过提供空气管道来解决这个问题，所述空气管道径向布置在通筒的下部，并且在内壁和外壁之间的中心位置处与附加的切向入口叶片连通。虽然这些装置用于改善冷却空气到通筒的内部区域中的供应，但是附加的部件相对复杂并且此外经受高磨损力以及有限的寿命。这是因为通筒通常向下渐缩，这导致烧结物在下部的速度增加。

技术问题

因此，本发明的目的是提供一种烧结冷却器，在所述烧结冷却器中，实现高度均匀的气流同时避免过度磨损。通过根据权利要求1的烧结冷却器和根据权利要求12的方法实现了这个目的。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于逆流运行的烧结冷却器。逆流运行意味着通常为空气的冷却气体总体上逆着待冷却的烧结物的运动而流动。然而，这可以包括气流倾斜于或垂直于烧结物的运动的较小区域。如上所述，这种烧结冷却器是集成烧结设施的一部分，并且用于将热的烧结物从高温冷却至低温或冷却至至少中等温度。虽然下文通常提及“空气”、“气流”，但应当理解的是，也可以使用其他气体并且这落入本发明的范围内。

该冷却器具有用于接收烧结物的圆形通筒，该通筒具有至少一个上进料开口和至少一个下排料开口。通筒是圆形的，即其大体为环形状(环状)并且至少相对于轴线近似地对称。该形状可以不对应于完美的环，而对应于具有多边形截面的环，所述具有多边形截面的环在本文中也被认为是“圆形”的。通筒的圆形形状和上述轴线限定径向和切向方向，这在下文中会被提到。通常地，通筒被可旋转地安装为通筒的一部分放置在进料设备处，该进料设备通过烧结机被给料。进料设备将烧结物供给到通筒的一部分中，并且通筒连续地或间歇地围绕其对称轴线旋转以允许烧结物被装填至所有部分。热烧结物通过至少一个进料开口被供给，并且冷却的烧结物在排料开口被提取(或简单地降落出来)。如上所述，通筒的上部可以由密封罩覆盖，该密封罩连接至空气抽吸设备。一般来说，冷却器适于在通筒的上部中或上方产生负压。

根据本发明，在下部，通筒被分成多个切向地间隔开的隔室。切向意味着在通过通筒的圆形形状限定的切向方向上。虽然在进料开口附近，通筒的上部优选地具有沿切向(即周向)方向的单个连续结构，但是下部被分成多个隔室。换言之，通筒向下分成为多个隔室，所述隔室沿切向方向间隔开。因此，通筒的形状在该下部不是连续的，但是通筒的整体形状仍然是圆形的。隔室的截面可以例如是圆形、多边形或其他形状。

每个隔室具有带有径向入口叶片的至少一个侧壁，所述径向入口叶片径向延伸以将冷却空气吸入通筒中。由于隔室是间隔开的，所以每个隔室由侧壁限定界限。径向入口叶片安装在至少一个这种侧壁中。通常地，当然，叶片被设置成使得烧结物不能靠重力下落穿过叶片，即，所述叶片引导烧结物保持在隔室内。叶片径向延伸并且优选地沿径向方向布置。然而，它们也可以具有例如不完全对应于径向方向的弯曲形状，或者它们可以倾斜于径向方向。在任何情况下，每个叶片的一个端部从另一端部径向向外设置。

烧结冷却器被配置为使得在运行期间，烧结物通过进料开口被装填并且向下移动通过隔室至排料开口，同时冷却空气被吸入通过径向入口叶片并且向上通过通筒。即烧结物的重力驱使运动行进穿过隔室，因此烧结物在不同隔室之间分开。径向入口叶片允许将气流从或多或少的切向方向引导至烧结物中。此外，这种气流可以直接作用在隔室的径向延伸区域以及其中的烧结物上。虽然之前的方法仅考虑切向布置的入口叶片，其导致了径向不均匀的气流，但是本发明的解决方案引起显著改善的均匀性。与依赖于下部的附加空气管道的设计相比，本发明的解决方案不那么复杂，并且可以最小化磨损。

为了确保冷却空气的宽阔的进入面积，优选的是，径向入口叶片延伸达隔室的径向宽度的50％以上。还优选的是，它们延伸达径向宽度的70％以上或90％以上。在这种实施方案中，隔室的侧壁打开以在大部分隔室上方进行空气吸入，这使得气流沿径向方向非常均匀。甚至可以想到，径向入口叶片设置在整个径向宽度上。

由于隔室被间隔开，所以在相邻的隔室之间存在空间，冷却空气从所述空间被吸入到单独的隔室中。冷却空气可以例如从径向内部方向和/或外部方向进入该空间。在一个实施方案中，这个空间具有下侧开口，使得冷却空气可以从下方进入该空间。实际上，根本不需要在隔室之间提供底板或类似物，即其间的空间可以完全向下侧打开，这是因为受重力驱使的烧结物不能从下方进入该空间。

在一些实施方案中，特别是当单独的隔室的切向宽度相对较大时，可以改进本发明的构思使得每个隔室具有至少一个带有切向延伸的切向入口叶片的侧壁。这种从现有技术中也已知的切向入口叶片，可以设置在隔室的(径向)内壁和/或外壁中。切向叶片优选地设置在切向方向上，但也可以具有例如不完全对应于切向方向的弯曲形状，或者它们可以相对于切向方向倾斜。优选地，它们延伸达隔室的切向宽度的50％以上、70％以上、90％以上或甚至延伸达隔室的整个切向宽度。应当注意的是，如果径向叶片和切向叶片延伸达隔室的整个宽度，则这些叶片可以连接或者甚至由单件制成。在这种情况下，可以存在构成切向和径向叶片的一种“周向”叶片。

在本发明的典型实施方案中，通筒的径向宽度向下减小。换言之，通筒的壁向内倾斜。在对应于上文已解释的典型的冷却器设计的该实施方案中，下降的烧结物的速度朝向下部增大，从而增加了磨损应力的风险。在这种情况下，本发明的设计是特别有利的，因为其消除了在通筒的下部对于附加的空气管道或类似物的需要。

进一步优选的是，每个隔室的切向宽度向下减小。换言之，隔室的相应的侧壁向内倾斜。另一方面，这意味着相邻的隔室之间的空间的宽度向下增大，并且在顶部相对较小。因此，两个相邻的隔室的侧壁形成有点屋顶状的结构，其有助于使从上方向下降至单独的隔室中的烧结物平滑地偏转。

根据通筒的设计，冷却空气仍然可能具有沿着内壁和外壁移动的趋势，导致不均匀的气流。避免这种情况的一种方法是提供至少一个轮廓成形装置，该轮廓成形装置适于使烧结物的上轮廓在径向方向上成形为凹形的。换言之，该轮廓沿径向方向朝向内壁和外壁的高度比在其间的高度更大。简单来说，在通筒的中心区域中烧结床的出路更短，这意味着冷却空气将具有朝向中心及远离侧壁移动的趋势。这种轮廓成形装置可以是从上方作用在烧结物上的刮刀。在该上下文中，可以利用通筒的旋转，因为轮廓成形装置是静止的，并且像在烧结物中形成“犁沟”的犁一样起作用。

在该上下文中，特别优选的是，轮廓成形装置是能够调整的。例如，可以调整成形装置的竖向位置，或者甚至可以改变成形装置本身的轮廓。通常地，可以在设施的临时停工期间进行这种调整，但是也可以想到的是，提供驱动装置以在运行期间进行这些调整。

众所周知，进入冷却器的烧结物由具有不同尺寸的颗粒组成。还已知的是，较小尺寸的颗粒可以更密集地包装，留下更少的空间使空气进入其间。因此，具有较大颗粒的区域为空气通过提供了更多的空间，并且将是用于冷却空气的优先路径。在本发明的另一个实施方案中利用了该效果，其中提供至少一个分配装置，其适于将烧结物主要朝向通筒的径向内壁和径向外壁装填。在这些区域中，烧结物将过度堆积并滚下坡。在这里，较大的颗粒比较小的颗粒滚得更远，并且聚集在内周缘和外周缘之间的中心区域中。因此，在烧结床中产生一种“尺寸梯度”，其中最小的颗粒在内壁和外壁处，最大的颗粒在中心处。因此，冷却空气将优先地移动远离侧壁并且通过中心。应当注意的是，例如如果成形装置最初产生超过烧结物的自然倾斜角(repose angle)的轮廓，这导致烧结物颗粒滚下斜坡，则通过上述轮廓成形装置可以产生类似的效果。

还可以主动地增强通筒的中心区域中的气流。根据本发明的另一个实施方案，在通筒的上部设置至少一个通风(venting)系统，使得在运行期间该通风系统嵌入烧结物中，该通风系统适于局部地将空气吸入通筒中。通风系统位于通筒的上部，其中下降的烧结物的速度不如其在下部的速度高，因此磨损相当低。与安装在通筒的外部和烧结床上方的传统抽吸设备相比较，通风系统设置成使得在冷却器的正常运行期间，其嵌入烧结物中。通风系统可以包括具有至少一个开口的至少一个空气管道。开口通常设置在通筒的(径向)中心区域中。如果通风系统适于将空气吸入通筒中，则在中心区域中提供附加的冷却空气源。增强了冷却性能。

改善烧结物与冷却空气之间的接触的另一选择是重新引导烧结物移动到气流的通路中，即使气流主要出现在通筒壁附近。这可以通过如下的中心偏转元件来实现，所述中心偏转元件布置在通筒中并且适于将烧结物从通筒的径向中心区域径向向内和向外偏转。该偏转元件可以是周向地布置在通筒中的圆形梁。可替代地，偏转元件可以布置在隔室的下部。在任何情况下，偏转元件可以具有倾斜的上表面，其形成用于烧结物的最佳偏转的屋顶状的结构。应当注意的是，偏转元件的下边缘可以在隔室的下边缘上方，即偏转元件不必一直向下延伸到隔室的边缘。如果烧结物流被偏转元件分开，重新引导朝向通筒壁并在偏转元件下方一起流动，则可以实现逆流效果的显著改善。

本发明还提供了一种在烧结冷却器中冷却烧结物的方法，所述烧结冷却器具有用于接收烧结物的圆形通筒，所述通筒具有至少一个上进料开口和至少一个下排料开口，其中在下部，通筒被分成切向间隔开的多个隔室；并且每个隔室具有至少一个侧壁，该至少一个侧壁具有径向延伸的用于将冷却空气吸入通筒中的径向入口叶片。该方法包括通过进料开口装填烧结物，烧结物向下移动通过隔室至排料开口，并且将冷却空气吸入通过径向入口叶片并向上通过通筒。

本发明的方法的优选实施方案对应于本发明的烧结冷却器的那些实施方案。

附图说明

现在将通过示例的方式，参照附图来描述本发明的优选实施方案，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施方案的烧结冷却器的通筒的立体图；

图2是具有来自图1的通筒的烧结冷却器的剖面侧视图；

图3是根据本发明的第二实施方案的烧结冷却器的通筒的立体图；

图4是根据本发明的第三实施方案的烧结冷却器的剖面侧视图；

图5是根据本发明的第四实施方案的烧结冷却器的剖面侧视图；

图6是根据本发明的第五实施方案的烧结冷却器的剖面侧视图；以及

图7是根据本发明的第六实施方案的烧结冷却器的剖面侧视图。

具体实施方式

图1以简化视图示出了本发明的烧结冷却器1的通筒2的立体图。通筒2具有内壁3和外壁4，呈大体上圆形或环形形状。通筒2具有上进料开口5，该上进料开口在内壁3和外壁4的上边缘之间周向延伸。在图1中已经移除了外壁4的一部分以示出通筒2的内部。在下部2.1，通筒2分支成多个隔室7，每个隔室在下端部具有排料开口6。在运行期间，烧结物100通过进料开口5装填入通筒2中，通过重力下降并且移动穿过隔室7到达相应的排料开口6。通筒2围绕其对称轴线的旋转确保烧结物100的均匀分布。

可以看到，每个隔室7通过径向设置的侧壁8界定，所述侧壁面向相邻的隔室7。相邻的隔室7的侧壁8向内倾斜，使得它们形成屋顶状的结构。多个径向入口叶片9设置在每个侧壁8中。它们延伸达隔室7的径向宽度的近似80％。在运行期间，在通筒的上部2.2上方施加负压，由此空气通过径向入口叶片9被吸入并且向上通过隔室7和通筒的上部2.2。因此，空气相对于下降的烧结物100以逆流移动。在所示的实施方案中，隔室7的切向侧壁10完全封闭并且没有入口叶片。已经发现的是，提供的径向叶片9以及将通筒2分成若干个隔室7的结合可以确保使得烧结物100有效冷却的足够均匀的气流。在所示的实施方案中，通筒2被分成十二个隔室7；当然，该数量可以不同，尤其是可以相对更高，如最高达20或最高达50。在所示的实施方案中，相邻的隔室7之间的空间11具有下侧开口12以及径向内开口和径向外开口13。这些开口12、13也可以形成单个开口。然而，应当注意的是，如果下侧开口12或者内开口和外开口13中的至少一个缺失，则该设计也起作用。

图2示出了具有来自图1的通筒2的烧结冷却器1的一部分的剖面侧视图。如在该视图中可以更清楚地看到的，通筒2的径向宽度向下减小。为了结构的稳定性，内通筒壁3连接至支撑结构14，并且通过三个水平设置的连接梁15连接两个通筒壁3、4。在运行期间，烧结设施的进料设备(未示出)定位在通筒2的进料开口5上方并且使烧结物100落到通筒2上，在该通筒处烧结物如已说明的通过重力下降。连接至空气抽吸系统的密封罩放置在通筒2的上部2.2上方。然而，这些元件在图2中未示出。通筒安装在旋转平台16上，所述旋转平台在圆形轨道上缓慢旋转，使得固定的进料设备顺序地放置在通筒2的不同段上。在下排料开口6处，设置有固定的卸料器17，其有助于从通筒2移除冷却的烧结物100。在该更详细的视图中可以看到，每个隔室在任一侧上包括四个入口叶片9，这些叶片径向延伸达隔室7的宽度的约80％。当然，这仅仅是一个示例，也可以采用延伸更远或更近的、数量更多或更少的叶片9。

图3是示出了根据本发明的通筒2a的第二实施方案的立体图。该通筒在很大程度上类似于图1和图2中所示的通筒2，并且也具有带有径向入口叶片9的隔室7a。然而，它额外包括设置在每个隔室上的切向入口叶片18。在该实施方案中，径向入口叶片9和切向入口叶片18延伸达隔室7a的相应宽度的近似80％。然而，可以想到的是在整个宽度上设置它们，使得它们实际上形成单件式周向入口叶片。提供的切向入口叶片18增加了空气吸入面积，并因此有助于减小吸入处的气流速度。此外，可以进一步改善气流的均匀性，尤其是在具有隔室7a的通筒2a的下部。

图4示出了根据第三实施方案的烧结冷却器1b的示意性剖面视图。该实施方案使用来自图3的通筒2a，该通筒具有内切向入口叶片和外切向入口叶片18。为了即使空气具有沿着通筒2a的侧壁3a、4a移动的趋势，也进一步增强逆流的效果，偏转梁(deflecting beam)19可以周向地设置在通筒2a的(径向)中心区域中。该偏转梁19设置在通筒2a的中部或下部，但稍微在切向入口叶片18上方，例如紧接地在隔室7a的上方。可替代地，偏转梁可安装在每个隔室7a中。在图4中可以看到，偏转梁19不一直沿着通筒2a向下延伸，即其不完全分开下部。而是，所述偏转梁的功能是将下降的烧结物100分成两股流(由粗的黑色箭头指示)，所述两股流被推得更靠近内壁和外壁，在那里它们遇到向上移动的空气(由粗的白色箭头指示)。在偏转梁19下方的某点处，两股流可以再次汇合。

图5示出了根据第四实施方案的烧结冷却器1c的示意性剖面视图，该烧结冷却器也采用了来自图3的通筒2a。这里，烧结物100不沿着径向方向均匀地装填，而是优选地朝向内侧壁3a和外侧壁4a装填。这通过屋顶形状的分配元件21简单地实现，该分配元件放置在进料设备的斜槽(未示出)的端部。烧结物100堆积并开始朝向通筒2a的中部20滚动或滑下斜坡。该过程导致一定程度的分离，因为较大的颗粒往往比小颗粒移动得更远，然而，较大的颗粒为空气流通留下更多的空间，因此通筒2a的中部20是优选的流动路径。因此，冷却空气(由粗的白色箭头指示)被引导远离侧壁3a、4a到通筒2a的中部20。

图6示出了根据第五实施方案的烧结冷却器1d的示意性剖面视图。在该实施方案中，烧结物100分布在通筒2a的整个径向宽度上，但刮刀22作用在烧结物100的最上层以产生凹形轮廓。刮刀22是固定的，并且当通筒2a旋转时，其像犁一样起作用。凹形轮廓意味着烧结层在通筒的中部的总高度小于朝向内壁3a和外壁4a的总高度。此外，从切向入口叶片18到凹形轮廓的中心的距离相对于到轮廓的内边缘和外边缘的距离减小。因此，冷却空气(由粗的白色箭头指示)至少部分地从侧壁3a、4a被重新引导至通筒2a的中部。应当注意的是，针对第四实施方案描述的分离效应在一定程度上也可以出现在本实施方案中。另一方面，应当注意的是，在第四实施方案中也形成凹形轮廓。

图7示出了根据第六实施方案的烧结冷却器1e的示意性剖面视图。这里，通风系统安装在通筒的中心区域或上部区域中的连接梁15内。通风系统包括空气管道(未示出)和出口开口23，所述空气管道可以容易地集成到梁15中或安装至梁15；所述出口开口用于将空气排放到通筒内。在所示的实施方案中，空气管道简单地连接至外部，即连接至大气压力，使得空气通过与将空气吸入通过入口叶片18的相同负压被吸入通筒中。因此在通筒的上部设置冷却空气的附加供应，其一方面增加了通过中心或上部的气流，此外还将新鲜的冷却空气引入到该部分，而从入口叶片18上升的空气已经被加热到一定程度。这种中心出口开口23允许提供用于冷却通筒的中心区域中的烧结物的附加冷却空气。

图7示出了作为用于将空气吸入通筒2a中的装置的通风系统。

应当注意的是，在图4至图7中，由于穿过通筒的剖切的取向，仅切向入口叶片18是可见的。空气当然也通过径向入口叶片吸入通筒中，所述径向入口叶片在这些图上是不可见的。图4至7中所示的实施方案对于没有切向入口叶片，即仅具有径向入口叶片的实施方案也是有效的。

附图标记列表：

1、1b-1e 烧结冷却器

2、2a 通筒

2.1 下部

2.2 上部

3、3a 内侧壁

4、4a 外侧壁

5 进料开口

6 排料开口

7、7a 隔室

8 径向侧壁

9 径向入口叶片

10 切向侧壁

11 空间

12 下侧开口

13 开口

14 支撑结构

15 连接梁

16 平台

17 卸料器

18 切向入口叶片

19 偏转梁

20 中部

22 刮刀

23 出口开口

100 烧结物