Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Fördern von förderfähigen Materialien durch eine Verengung eines Förderkanals .

Die erfindungsgemäße Lehre ist insbesondere zur Zuführung von Gemengen aus zerkleinerten, trockenen oder mit Flüssigkeit vermengten Abfallstoffen in Verbrennungsöfen vorteilhaft anwendbar.

„Förderfähig" im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass das Material fließ- und/oder riesel- und/oder schüttfähig und/oder pastös ist.

Die zu fördernden Materialien können auch Materialgemische aus Feststoffteilen und Flüssigkeiten umfassen. Größenverteilung und Art der Feststoffe, sowie Art und Anteil der enthaltenen Flüssigkeiten können in weiten Bereichen variieren. Die enthaltenen Feststoffe können harte Partikel (z.B. Metallteile, mineralische Bestandteile, silikatische Bestandteile) und weichere Teile wie natürliche oder künstliche Fasern, Textilienteile, tierische und pflanzliche Abfälle, Kunststoffe und Schaumstoffe etc. sein bzw. enthalten. Auch die Flüssigkeiten können in weiten Bereichen unterschiedlich sein. (Wasser, Öle, Fette, Lacke, Klebstoffe, andere Chemikalien, Teer, ....).

Insbesondere wird auch die Zufuhr von Schüttgut, welches als Leichtfraktion beim Schreddern von Abfall gewonnen wird, im Wesentlichen trocken ist und einen erheblichen Anteil an Fasern bzw. faserigen Teilen sowie kaum Metall enthält, durch die Erfindung erheblich vereinfacht. Bezogen auf das Gewicht hat derartiges Schüttgut im Normalfall einen respektablen Heizwert.

Ein vorteilhafter Anwendungsfall ist die Zuförderung von förderfähigen Materialien in Reaktionsöfen.

Ein extrem vorteilhafter Anwendungsfall ist die Zuförderung von förderfähigen Materialien an und in die gegenüber Atmosphäre unter erheblichem Überdruck stehende Druckzone von Schachtöfen für die Roheisenerzeugung. Damit können Materialgemische, welche ansonsten als Problemstoffe zu betrachten sind deren Entsorgung in Summe Kosten verursacht, nutzbringend und in der Gesamtbetrachtung mit einer Verringerung von Umweltbelastung verwendet und damit auch entsorgt werden. Typische dafür in Frage kommende Materialgemische enthalten Kohlenstoff bzw. KohlenstoffVerbindungen wie Öle, Fette, Lacke, Teer, Klebstoffe, sowie eisenhaltige Späne, Stäube, Zunder, Schlacken wie sie bei der Stahlgewinnung und Stahlverarbeitung anfallen.

Die DE 199 09 132 Al und die EP 0 060 137 Al beschreiben die Zuführung von Schüttgütern mittels einer pneumatischen Förderstrecke aus einem Speicherbehälter zu einem Kupolofen. Der Förderstrang steht dabei unter höherem Gasdruck als der Kupolofen. Aus dem Förderstrang fließende Luft fördert Schüttgut mit relativ hoher Geschwindigkeit in den Ofen. In der Praxis befindet sich der Speicherbehälter im Normalfall nicht unmittelbar an der Durchführungsstelle durch die Ofenwand, sondern typischerweise zehn bis hundert Meter oder mehr davon entfernt. Von einem Speicherbehälter werden mehrere Durchführungsstellen durch die Ofenwand beliefert. Damit ergibt sich die Erfordernis von langen, nicht durchgehend gerade verlaufenden Strängen für die pneumatische Förderung, womit der Zuführvorgang bei geringsten Änderungen der Materialeigenschaften des zu fördernden Gutes oder bei Druckschwankungen im Kupolofen extrem störungsanfällig wird. Auf Grund von Verschleiß in den Leitungen ist Austausch von einzelnen Leitungs- stücken sehr häufig erforderlich.

Die EP 2004914 Al zeigt ein Schleuderrad, bei welchem die Schaufeln des Schleuderrades nicht nur gemeinsam um die Radachse bewegt werden, sondern durch eine Kulissenführung zusätzlich noch während einer Umdrehung in Umfangsrichtung vor- bzw. zurückgeschwenkt werden. Durch passendes Einstellen dieses zusätzlichen Verschwenkens wird gegenüber einem Schleuderrad mit starr zueinander stehenden Schaufeln bei gleicher Antriebsleistung erreicht, dass wesentlich mehr Material durch das Schleuderrad gefördert werden kann, dass das Material besser ausgeworfen wird und dass es im bzw. am Auswurfkanal weniger zu Verstopfung kommt.

Die AT 502 048 Bl beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Zuführen von Schüttgut, welches Fest- und Flüssiganteile aufweist, zu einer Verarbeitungsanlage. Nachdem das Schüttgut erst unter Umgebungsdruck mit drucklos arbeitenden Förderern an die Anlage herangefördert wurde, wird es durch eine Pumpe unter Druck gesetzt und dadurch durch eine enge Lanze hindurch in die Anlage hinein gefördert. Der größte Teil des Förderweges kann damit bei großem Förderquerschnitt unter normalem Umgebungsdruck in einer robust funktionierenden Art und Weise überwunden werden. Nur im allerletzten Teil, wenn es unvermeidlich ist den in der Verarbeitungsanlage - typischerweise ein Hochofen für die Roheisenerzeugung - herrschenden Gegendruck überwinden zu müssen und wenn aus mehreren Gründen kein großer Förderquerschnitt möglich ist, wird gepumpt. Die Methode ist nur anwendbar, wenn das Material tatsächlich ausreichend gut pumpbar ist, was leider für viele Schüttgüter, insbesondere solche, welche kaum Flüssigkeitsanteil beinhalten, nicht zutrifft.

Beim Fördern von Reaktionsmaterial in die Druckzone eines Hochofens für die Roheisenerzeugung ist es aus mehreren Gründen (Platzmangel, Kräfte zufolge Gegendruck, Abbrandverhalten) erforderlich, den Querschnitt des durch die Ofenwand führenden Teils der Förderstrecke sehr gering, nämlich im Bereich von wenigen cm ² zu halten. Es ist sehr problematisch, die gesamte davor liegende Förderstrecke, welche vom Speicherbehälter zur Ofenwand führt, mit diesem kleinen Förderquerschnitt auszuführen. Neben der Verstopfungsanfälligkeit bedingt der kleine Förderquerschnitt sehr hohe Fördergeschwindigkeiten und damit vor allem an gekrümmten Streckenbereichen hohe Materialabtragung und somit ständige War- tungs- bzw. Austauscharbeiten an Teilen des Förderkanals.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung dafür zu schaffen, förderfähiges Material innerhalb eines Förderkanals von einem Bereich mit größerer Querschnittsfläche an einen Bereich mit deutlich kleinerer Querschnittsfläche zu übergeben. Die Übergabe soll besonders robust gegenüber Variationen von Zusammensetzung, Partikelgrößenverteilung und weiteren Materialeigenschaften des geförderten Materials und auch robust gegenüber Druckschwankungen im Förderkanal funktionieren.

Zum Lösen der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen das Bewegen der zu fördernden Materialien von dem Kanalbereich mit der größeren Querschnittsfläche her in bzw. an den Anfangsbereich des Kanalbereichs mit der kleineren Querschnittsfläche, sowohl druckbeaufschlagt und/oder fördermittelbeaufschlagt als auch mittels zweier verschiedener, drucklos arbeitender mechanischer Förderer anzutreiben, wobei ein mechanischer Förderer kontinuierlich arbeitet und der zweite mechanische Förderer diskontinuierlich.

Die Erfindung wird an Hand von Prinzipskizzen zu zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht:

Fig. 1 zeigt in einer seitlichen Teilschnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 zeigt in einer seitlichen Teilschnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beide gezeigten Bereiche 1, 2 des Förderkanals stellen ein längliches, ummanteltes Volumen, typischerweise ein Rohr dar. Es wird in der Richtung von dem Bereich 1, welcher eine relativ große Querschnittsfläche aufweist in den Bereich 2, welcher demgegenüber eine sehr viel kleinere Querschnittsfläche aufweist, gefördert.

Mit „druckbeaufschlagt Fördern" ist gemeint, dass das zu fördernde Material in einem Förderkanal bewegt wird, indem es durch eine Pumpe in den Förderkanal hineingedrückt wird und durch den statischen Druck zu einer Öffnung hin fließt, an welcher ein kleinerer Druck herrscht.

Mit „fördermittelbeaufschlagt Fördern" ist gemeint, dass das zu fördernde Material im Förderkanal durch ein dort unter erhöhter Geschwindigkeit fließendes Fluid, beispielsweise Druckluft, mitbewegt wird.

Mit „drucklos arbeitende mechanische Förderer" sind Förderer gemeint, bei denen für die Förderfunktion nicht erforderlich ist, dass sich ein Druck in dem zu fördernden Material entlang der Förderstrecke fortpflanzt, oder dass ein gasförmiges oder flüssiges Fördermedium das zu fördernde Material bewegt, sondern in dem das zu fördernde Material im wesentlichen durch unmittelbaren Kontakt mit einer bewegten Fläche des Förderers bewegt wird. Ein drucklos arbeitender mechanischer Förderer bewirkt im Allgemeinen keine Aufteilung des Förderstranges in unterschiedliche Druckbereiche .

Insbesondere ist es vorteilhaft, mit solchen drucklos arbeitenden mechanischen Förderern zu fördern, durch welche ein Strom des Fördergutes in eine Folge von kleinen, voneinander getrennt bewegten Teilmengen zerlegt wird. Damit sind Förderer wie beispielsweise Kettenförderer, Spiralförderschnecken, Schleuderförderer, Bandförderer mit Mitnehmern, Becherförderwerke etc. gemeint, bei denen die Gesamtmenge des zu fördernden Materials durch bewegte Teile der Fördervorrichtung in kleine Teilmengen aufgeteilt wird, welche bewegt werden ohne dass dabei zwischen aufeinander folgenden Teilmengen ein Druck ausgeübt wird. (Im Unterschied dazu liegen beispielsweise die durch eine Kolbenpumpe bei jedem Hub geförderten Teilmengen in der nachfolgenden Rohrleitung aneinander an und es ist für die Förderfunktion in der Rohrleitung unabdingbar, dass diese Teilmengeneinen Druck aufeinander ausüben) . Gemäß Fig. 1 ist der kontinuierlich arbeitende, drucklos arbeitende mechanische Förderer eine achslose Förderschnecke 3. Der diskontinuierlich arbeitende, drucklos arbeitende mechanische Förderer ist ein Dorn 4, welcher koaxial mit der Förderschnecke 3 angeordnet ist und durch einen Kolbeneinheit 4.1 in Achsrichtung linear verschiebbar ist. Beide Förderer 3, 4 liegen vor dem Eingangsbereich des Bereichs 2 des Förderkanals mit der kleinen Querschnittsfläche und koaxial zu diesem Bereich. Die dem Bereich 2 zugewandte „vordere" Spitze des Doms 4 kann durch die Kolbeneinheit 4.1 zwischen einer vom Kanal 2 entfernt liegenden und einer in den Kanal 2 geringfügig eingeschobenen Position verschoben werden. Damit der Dorn 4 linear verschiebbar ist, verläuft er koaxial durch die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle des E- lektromotors 3.1 der die Förderschnecke 3 antreibt. Beide Antriebe, Elektromotor 3.1 und Kolbeneinheit 4.1 sind in einer vom Förderkanal getrennten Kammer 5 angeordnet, welche vorteilhafterweise unter erhöhten Gasdruck setzbar ist, damit an der Durchführung für Welle bzw. Dorn kein zu förderndes Material aus dem Förderkanal austreten kann.

Gemäß Fig. 2 ist der kontinuierlich arbeitende, drucklos arbeitende mechanische Förderer ein Schleuderrad 13. Der diskontinuierlich arbeitende, drucklos arbeitende mechanische Förderer ist wiederum ein Dorn 4 , welcher vor dem Eingangsbereich des Bereichs 2 des Förderkanals mit der kleinen Querschnittsfläche und koaxial zu diesem Bereich angeordnet ist und in seiner Achsrichtung durch eine Kolbeneinheit 4.1 linear verschiebbar ist. Die dem Bereich 2 zugewandte Spitze des Doms 4 kann wiederum durch die Kolbeneinheit 4.1 zwischen einer vom Kanal 2 entfernt liegenden und einer in den Kanal 2 geringfügig eingeschobenen Position verschoben werden.

Der Drehsinn des Schleuderrades 13 liegt in der Ansicht gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn. Im unteren Teil der Kammer in der sich das Schleuderrad 13 dreht, mündet der Kanal 1 herein. Das zu fördernde Material wird durch die Schaufeln des Schleuderrades mit- gedreht und schließlich durch Fliehkraft in den tangential an die Kammer anschließenden Bereich 2 des Förderkanals geschleudert. Damit die Schaufeln des Schleuderrades 13 nicht mit dem Dorn 4 kollidieren, sind sie an ihrem äußeren Ende geschlitzt ausgeführt .

In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Schaufeln des Schleuderrades 13 - wie eingangs im Zusammenhang mit der EP 2004914 Al erwähnt - während einer Umfahrung um die Drehachse des Schleuderrades in Drehrichtung vor- und zurückgeschwenkt, wobei der Bereich des Vorschwenkens im Bereich des Auswurfes in den Kanal 2 liegt.

Die Anwendung einer Förderschnecke 3 ist verglichen mit der Anwendung eines Schleuderrades 13 mit geringerem aparativem Aufwand verbunden. An einem Schleuderrad 13 ist hingegen vorteilhaft, dass das zu fördernde Material sehr gut aufgelockert wird, was für den Abbrand vorteilhaft ist.

Bei beiden dargestellten Ausführungsformen wird zusätzlich zur Förderung durch die mechanischen Förderer 3, 4, 13, 4 noch druckbeaufschlagt oder fördermittelbeaufschlagt gefördert.

Die Gefahr der Verstopfung des Förderkanals ist am Eingang zum Bereich 2 besonders groß, da dort der Fließquerschnitt verengt wird und die Fließgeschwindigkeit zwangsweise erhöht werden muss. Bei beiden gezeigten Ausführungsformen ist es vorteilhaft, den Dorn 4 in einer vom Eingang in den Bereich 2 des Förderkanals zurückgezogenen Position zu halten und ihn nur im Fall einer sich bildenden oder schon vorhandenen Verstopfung nach vor an bzw. in den Eingang des Bereichs 2 des Förderkanals zu schieben. Für diese Betriebsweise muss das sich Bilden einer Verstopfung sensorisch erfasst werden.

Für das sensorische Erfassen einer sich bildenden Verstopfung bieten sich drei Möglichkeiten an:

Ein erstes signifikantes Anzeichen für eine sich bildende Verstopfung am Eingang in den Bereich 2 ist der Anstieg der erforderliche Kraft zum Antrieb des kontinuierlich arbeitenden mechanischen Förderers 3, 13. diese Kraft kann einfach über die Stromaufnahme des antreibenden Elektromotors gemessen werden.

Bei Verwendung eines Fördermittels ist der Anstieg des Druckes des Fördermittels im Förderbereich etwas vor dem Eingangsbereich in den Bereich 2 ein gleichermaßen signifikantes Zeichen für eine sich am Eingang zum Bereich 2 bildende Verstopfung. Der Druck kann durch ein Manometer gemessen werden.

Im Fall der Anwendung einer druckbeaufschlagten Förderung ist ein Ansteigen des Drucks des zu fördernden Materials selbst ein Indiz für eine Verstopfung. Dieser Druck kann wiederum durch eine Art Manometer gemessen werden oder über das erforderliche Antriebsmoment für die das das Material fördernde Pumpe/Spirale.

Durch eine logische Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Druckmessergebnisse kann man auch kurze Druckspitzen zufolge Verpuf- fungen und ähnlicher Ereignisse in dem Ofen, welcher dem Bereich 2 nachgelagert ist, von Druckanstiegen unterscheiden, die durch Verstopfung im Förderstrang entstehen.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist der Dorn 4 als an seiner vorderen Spitze offenes Rohr ausgeführt, durch welches zumindest dann, wenn der Dorn nach vorne gefahren wird, ein Fluid, typischerweise Pressluft ausgepumpt wird. Durch dieses Ausströmen wird zusätzlich am Auflösen einer Verstopfung mitgewirkt.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist der Dorn 4 um seine Achse angetrieben drehbar. An seiner vorderen Spitze kann er zusätzlich mit einer Schneidvorrichtung versehen sein, mit Hilfe derer ein eine Verstopfung darstellender Pfropfen aufgelöst wird.

Abhängig von den Eigenschaften des zu fördernden Materials kann es auch sinnvoll sein, den vorderen Teil des Doms 4 als ein- und ausfahrbaren Haken auszubilden, mit Hilfe dessen Material vom Eingangsbereich zum Bereich 2 entgegen der „normalen" Strömungsrichtung zurückgezogen werden kann um eine Verstopfung aufzulösen.

Für das Fördern der zu fördernden Materialen durch den Bereich 1 der Förderstrecke an die Übergabestelle zum Bereich 2 heran bieten sich die üblichen Fördermechanismen für das Fördern von Materialien in einem druckdicht der Außenluft abgeschlossenen Kanal an. Dies sind: druckbeaufschlagt Fördern, fördermittelbeaufschlagt Fördern, Fördern mittels drucklos arbeitender Mechanischer Förderer; Kombinationen aus drucklos arbeitenden Mechanischen Förderern mit den beiden zuvor genannten Prinzipien. Im Bereich 2 selbst kann außer am Eingangsbereich vor allem aus Platz- gründen, oft aber auch aus Temperaturgründen, kaum mehr mittels drucklos arbeitendem, mechanischem Förderers gearbeitet werden. Im Bereich 2 wird daher vorwiegend nur druckbeaufschlagt oder fördermittelbeaufschlagt gefördert. Erfahrungsgemäß sind diese Förderprinzipien durchaus ausreichend, wenn es nur gelingt, das Material in den Bereich 2 hineinzubringen.

Durch die Kombination aus drucklos arbeitenden mechanischen Förderern und Druckbeaufschlagung bzw. Fördermittelbeaufschlagung werden sowohl die Schwächen von mechanischen Förderern, nämlich relative Langsamkeit, Hitzeanfälligkeit, manchmal Anfälligkeit gegen Abrieb, als auch die Schwächen von druckbeaufschlagten bzw. fördermittelbeaufschlagten Förderstrecken, nämlich Verstopfungsanfälligkeit und starke Einschränkungen bezüglich der Zusammen- setzung des zu bewegenden Gutes, manchmal Abrieb, umgangen und dennoch werden die Stärken der einzelnen Methoden voll genutzt.

Die Erfindung kann nicht nur dazu angewendet werden, von einem Kanalbereich mit größerer Querschnittsfläche in einen ausgedehnten Kanalbereich mit kleiner Querschnittsfläche hinein zu fördern, sondern auch dazu, durch eine kurze Verengung in einem an sich breiteren Kanal hindurch zu fördern.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der diskontinuierlich betriebene, drucklos arbeitende mechanische Förderer eine Förderschnecke, welche an die Verengung im Förderkanal heran, bevorzugt in diese hineinragt. Der Schneckendurchmesser ist dabei deutlich geringer als der Durchmesser der Förderstrecke, in welcher die Schnecke angeordnet ist, sodass zwischen Schneckenwendel und Wand des Förderkanals ein Spalt verbleibt, welcher typischerweise 50% oder mehr des Förderquerschnitts einnimmt. Diese diskontinuierlich arbeitende Förderschnecke kann dabei im normalen Betriebszustand still stehen oder in Förderrichtung fördern, wobei sie gegenüber einer ggf. vorhandenen, vorgelagerten, kontinuierlich arbeitenden Förderschnecke - in Anpassung an die verengende Querschnittsfläche - bei etwa gleicher Schneckensteigung eine erhöhte Drehzahl aufweisen kann. Vor allem bei sich bildenden Verstopfungen ist es bei vielen zu fördernden Materialien vorteilhaft, wenn die diskontinuierlich arbeitende Förderschnecke auf Förderrichtung entgegen der normalen Förderrichtung in der Förderstrecke umgeschaltet wird. Das bewirkt, dass ein sich bildender Pfropfen mittig „angebohrt" wird und Material aus ihm, entgegen der Förderrichtung entfernt wird, sodass der Pfropfen an Material und an Dichte abnimmt und somit schließlich durch das zusätzlich ohnedies wirkende druckbeaufschlagte oder fördermittelbeaufschlagte Fördern in die normale Förderrichtung abtransportiert wird.

Natürlich kann diese diskontinuierlich arbeitende Förderschnecke zusätzlich zu ihrer Drehbarkeit auch noch linear in ihrer Axialrichtung verschiebbar sein, sodass sie ergänzend zu ihrer Funktion als Förderschnecke auch eine Funktion als Dorn wie weiter oben beschrieben aufweist und somit auch als Dorn angesehen werden kann.