DE69515984T2

DE69515984T2 - Ventilvorrichtung

Info

Publication number: DE69515984T2
Application number: DE69515984T
Authority: DE
Inventors: Frederik W. Croucamp; Lieb J.R. Nunez
Original assignee: Ipcor NV
Current assignee: Ipcor NV
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2015-11-03
Also published as: EP0735145A1; ATE191240T1; DE69515984D1; PT735145E; BR9505759A; TW299353B; KR960034832A; ZA959193B; KR100243804B1; ES2146724T3; EP0735145B1; AU702200B2; US5762099A; AU3454495A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Ventil, das beim Transport von heißem aus feinen Partikeln bestehendem Material; wie beispielsweise Kohlenstaub, der bei der Direktreduktion von Eisenerz produziert wird. Ein solcher Prozeß wird beispielsweise in der sogenannten "Corex-Anlage" der Firma Iscor Limited, in deren Pretorianischen Werken in Südafrika eingesetzt.
Während eines solchen Schmelzprozesses wird der Kohlenstaub zusammen mit dem Gas, das durch Reaktion zwischen der Kohle und dem direktreduzierten Eisen entsteht, durch einen Abscheider geleitet, in dem der Staub von dem Gas getrennt wird.
Der Staub wird dann in dem Schmelzofenvergaser wiederverwendet durch Rückführen desselben über ein Sperrsystem und Staubbrenner zu dem Schmelzofenvergaser.
Ein solches Sperrsystem weist eine Vielzahl von Staubkammern auf, die mit ventilgesteuerten Einlässen und Auslässen versehen sind, durch die der Staub auf seinem Weg zum Schmelzofenvergaser geleitet wird.
Aufgrund der relativ hohen Temperatur (700-900ºC) und des hohen Drucks (im Bereich von 3,5 bar), bei denen derartige Ventile arbeiten müssen, sind diese einem sehr starken Verschleiß ausgesetzt und somit anfällig für regelmäßige Störungen.
In einem Versuch zur Überwindung derartiger Probleme in der obengenannten "Corex- Anlage" wurden speziell ausgebildete Ventile eingesetzt. Diese Ventile sind durch das Merkmal gekennzeichnet, daß der Hauptkörper des Ventils wassergekühlt ist. (Siehe z. B. FR-A-2322320).
Der Hauptnachteil bei derartigen Ventilen besteht darin, daß die Wände auf Grund der großen Temperaturdifferenz zwischen gegenüberliegenden Seiten der Wände der Box, die das Wasser zur Kühlung des Ventils beinhaltet, für starke thermische Schocks anfällig sind, so daß das Kühlwasser dazu neigt, das Ventil über dessen Dichtungen, Wände und/oder Schweißungen zu durchdringen. Dadurch können eine Vielzahl von Problemen entstehen, wie z. B. Beschädigung der Anlagenwände des Schmelzofenvergasers durch thermische Schocks; ein Anstieg des Schwefelgehalts in dem produzierten Eisen; und eine Beschädigung und/oder Fehlfunktion des Ventils selbst.
Ein anderer Nachteil bei derartigen Ventilen besteht darin, daß diese auf Grund ihres spezifischen Aufbaus gänzlich von dem System entfernt werden müssen, um Instandhaltungsmaßnahmen und/ oder Reparaturmaßnahmen an diesen durchführen zu können. Dies kann zu dem Problem führen, daß beträchtliche Ausfallzeiten während des Verfahrens der Direktreduktion auftreten.
Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilsystem für den vorgenannten Zweck zur Verfügung zu stellen, mit dem die vorgenannten Nachteile überwunden oder zumindest minimiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein wassergekühltes Gleitventil vorgesehen für den Transport heißen Fluidmaterials, insbesondere eines Materials feiner Partikel, wie z. B. Kohlenstaub, der beim Schmelzen von direktreduziertem Eisenerz gebildet wird, aufweisend die Merkmale des Anspruchs 1.
Der Anmelder hat herausgefunden, daß durch Fernhalten des fluiden Kühlmediums von den Teilen des Ventils, die in direktem Kontakt mit dem heißen Fluidmaterial stehen, keine oder nur sehr geringe Tendenz für dieses fluide Kühlmedium besteht, daß dieses in den Innenraum des Ventilkörpers eindringt.
Im Fall von typischen Ventilen, die in derartigen Systemen eingesetzt werden, bedeutet dies, daß nur der Schaft, der den Mechanismus zur Bewegung des Ventilverschlußelements trägt, das für das Öffnen und Schließen des Ventils entlang einer Gleitbahn in dem Ventil verantwortlich ist, fluid-(wasser-)gekühlt ist, wobei der restliche Ventilkörper nicht derart gekühlt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der restliche Ventilkörper eine doppelt isolierende Wand auf, und eine keramische isolierende Wolle, wie z. B. Kaowolle, ist zwischen den Wänden vorgesehen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der restliche Ventilkörper nicht aus einem speziellen Material geformt sein muß, aber einfach aus jedem geeigneten Material gemacht sein kann, das in der Lage ist, dem speziellen Verfahrensdruck der Anlage standzuhalten.
In einer bevorzugten Form der Erfindung weist ein solches Material z. B. Kesselblech und/oder weichen unlegierten Stahl auf.
Weiterhin umfaßt der Ventilkörper gemäß der Erfindung wenigstens zwei gegenüber angeordnete Seitenwände und wenigstens eine mit einem Deckel verschließbare Öffnung in einer der Seitenwände, wobei durch diese Öffnung ein Zugang zum Innenraum des Ventilkörpers für Untersuchungs- und/oder Wartungszwecke erlangt wird.
Wenn nötig, kann der Ventilkörper zwei derartige Seitenwände aufweisen, wobei jede eine solche Öffnung und einen Deckel aufweist, die gleich groß sind und dieselbe Konfiguration haben, mit der Ausnahme, daß einer der Deckel so beschaffen ist, daß er den Schaftunterstützungsmechanismus aufnehmen kann, mittels dessen das vorgenannte Ventilverschlußelement von außerhalb des Ventilkörpers betätigt werden kann.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß, wenn die Gleitbahn, auf der sich der Schaftunterstützungsmechanismus zum Öffnen und/oder Schließen dessen Ventils, das gegenüber einer Seitenwand des Körpers angeordnet ist, während der Benutzung beschädigt oder verschlissen wird, die andere unbeschädigte Gleitbahn, die gegenüber der gegenüberliegenden Seitenwand des Körpers angeordnet ist, genutzt werden kann durch Befestigen des Deckels und des Mechanismus durch die andere der vorgenannten Öffnungen des Ventilkörpers.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden durch ein Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen geschrieben, wobei:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Teiles der Einrichtung, die beim Schmelzen von direktreduziertem Eisenerz benutzt wird, der Einrichtung in der vorgenannten "Corex-Anlage" der Firma Iscor ähnelt und die Vier-Ventil-Systeme gemäß der Erfindung umfaßt, zeigt.
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines der Ventile von Fig. 1 in geschnittener Darstellung ist; und
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Linien III : III von Fig. 2 in teilweise geschnittener Darstellung ist.
In Fig. 1 wird ein Schmelzofenvergaser 10, in dem das Schmelzen von direktreduziertem Eisenerz durchgeführt wird, über geeignete Einlaßschrauben (nicht dargestellt) mit ausreichenden Mengen von Kohle und direktreduziertem Eisenerz beschickt.
Das mit Kohlenstaub beladene Gas, das in dem Schmelzofen 10 produziert wird, wird durch zwei Auslässe 11 zu jedem von zwei Abscheidern 12 gesogen, von denen ein Großteil des Gases, das von dem Kohlenstaub getrennt wird, durch Auslässe 13 zur Benutzung an anderer Stelle geleitet wird.
Von den Abscheidern 12 gelangt das mit Kohlenstaub beladene Gas über ein erstes Ventil 14 gemäß der Erfindung zu einer ersten Staubkammer 15 und dann über ein zweites Ventil 16 gemäß der Erfindung zu einer zweiten Staubkammer 17.
Von den Kammern 17 gelangt der Staub über einen Staubbrenner 18, zusammen mit zugefügtem Sauerstoff, in den Vergaser 10, wo der Staub spontan verbrennt, wodurch der Vergaser mit zusätzlicher Wärme versorgt wird.
Das mit Kohlenstaub beladene Gas, das von den Abscheidern 12 ausgeht, hat eine Temperatur im Bereich zwischen 700 und 900ºC und einen Druck im Bereich von 3,5 bar, und die zwei Staubkammern 15 und 17 und deren angeschlossene Ventile 14 und 16 sind entsprechend in der Art eines Sperrsystems betätigt, um die Druckdifferenzen zu überwinden.
Jedes der Ventile 14 und 16, von denen 14 in Fig. 2 detaillierter dargestellt ist, weist einen hohlen am Ende geöffneten Ventilkörper 19 auf, wobei die beiden geöffneten Enden mit der Staubleitung 12 verbunden sind, so daß das mit Kohlenstaub beladene Gas durch diese in Richtung der Pfeile 21 strömen kann.
Der Ventilkörper 19 weist Doppelwände aus Kesselblech auf (Stahl nach BS (britischer Standard) 1501-224 GR 490A), das fest genug ist, um dem vorgenannten Druck standzuhalten. Der Bereich zwischen den Wänden ist mit einem geeigneten keramischen Material 22, wie z. B. Kaowolle, als wärmeisolierendes Medium gefüllt.
Zwei gegenüberliegende Seitenwände des Körpers 19 sind jeweils mit einer Öffnung versehen, die durch einen Deckel 23 bzw. 24 verschließbar sind, wobei die Öffnungen und Deckel die gleiche Größe und Konfiguration haben, außer daß der Deckel 24 eine ringförmige, sich quer erstreckende Hülse 25 umfaßt, in der ein Schaftunterstützungsmechanismus 26 gleitend aufnehmbar ist.
Ein Ende des Schaftes 27 des Mechanismus 26 ist mit einem Ventilverschlußelement 28 verbunden, wobei dessen anderes Ende mit einem pneumatisch betätigten Kolben und Zylinder 29 verbunden ist, durch den das Ventil durch Gleiten des Verschlußelementes 28 entlang der Gleitbahn 38 geöffnet oder geschlossen werden kann.
Der Schaft 27, der hohl ausgebildet ist und dessen Innenraum durch Kühlwasser, das über Leitungen 30 und 31 durch den Schaft fließt, gekühlt wird, ist in der Bohrung der Hülse 25 in ringförmigen Dichtungen 32 aufgenommen, wobei das Kühlwasser dem Schutz der Dichtungen dient.
Die Dichtungen 32 sind einstellbar durch einen Mechanismus 33, der an einem Ende davon befestigt ist, um jeglichem Verschleiß, der während der Benutzung auftreten kann, entgegenzuwirken.
In der Bohrung der Hülse 25 wird ein positiver Druck durch Hindurchleiten eines geeigneten Kühlungsgases wie Stickstoff erhalten, z. B. über eine Leitung 34, die in diese hineinführt. Dies stellt sicher, daß der Durchfluß von den Dichtungen zu dem Innenraum des Ventilkörpers stattfindet, selbst wenn eine Leckage an der Dichtung auftritt, so daß ein Entweichen des Gases von dem Ventil zu der Außenseite verhindert wird.
Das Ventilverschlußelement 28, das aus einem geeigneten Metall besteht, wie z. B. rostfreier Stahl des Grades AISI (Amerikanisches Institut der Stahlindustrie) 310, ist an seiner oberen oder dichtenden Oberfläche mit einem derartigen Winkel angeschrägt, daß das Element eine im wesentlichen keilartige Form aufweist. Dies stellt sicher, daß beim Schließen des Ventils eine sehr positive Dichtung erzielt wird.
Die äußere Oberfläche des Schaftes 27 ist vorzugsweise verchromt, um jeglichen Verschleiß im Dichtungsbereich zu minimieren.
Die Bohrung des Ventils umfaßt eine Hülse 35, die aus rostfreiem Stahl bestehen kann (vorzugsweise AISI 310), und von der das führende untere Ende die zusammenarbeitende Dichtungsoberfläche für das Verschlußelement 28 definiert. Die Hülse 35 ist hitzegeschützt durch eine lose Verkleidung 36 aus ähnlichem Material.
Die von dem Deckel 23 verdeckte Öffnung dient als Mittel zum Zugänglichmachen des Innenraumes des Ventilkörpers 19 zur Untersuchung und/oder Wartung.
Da die Deckel 23 und 24 die gleiche Größe und Konfiguration aufweisen, können diese auf den vorgenannten zwei Öffnungen ausgetauscht werden, um das Ventilverschlußelement 28 von der gegenüberliegenden Seite einzusetzen, um jeglichem Verschleiß, der in der Gleitbahn 38 stattgefunden haben könnte, zu begegnen, z. B. durch Nutzung der un beschädigten Gleitbahn 39, die auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilkörpers 19 angeordnet ist.
Da das durch den Schaft 27 zirkulierende Kühlwasser nicht in die Nähe der Oberflächen des Ventilkörpers 19 kommt, die in direktem Kontakt mit dem heißen mit Staub beladenen Gas kommen, und der Schaft 27 keine Schweißungen oder ähnliches aufweist, ist somit der Vorteil gegeben, daß derartiges Kühlwasser im wesentlichen keine Möglichkeit hat, in den Innenraum des Ventilkörpers 19 zu gelangen.
Der Anmelder hat dementsprechend herausgefunden, daß im wesentlichen keine der obengenannten wasserbezogenen Probleme bei den speziell ausgebildeten Ventilen, wie sie in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind, auftreten und daß das Ventilsystem gemäß der Erfindung eine sehr viel längere Lebensdauer hat und im Vergleich zu herkömmlichen Ventilen im wesentlichen störungsfrei arbeitet.
Weiterhin kann eine Untersuchung und/oder Wartung mit minimalem Aufwand durchgeführt werden und ohne eine Unterbrechung der Arbeit des Ventils für eine beträchtliche Zeitspanne, da ein einfacher Zugang zu dem Innenraum des Ventilkörpers 19 möglich ist.
Es ist zu bemerken, daß viele Variationen im Detail bei einem Ventilsystem gemäß der Erfindung möglich sind, ohne den Bereich der folgenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

1. Wassergekühltes Gleitventil (14, 16) für den Transport heißen Fluidmaterials, insbesondere eines Materials feiner Partikel wie etwa des Kohlestaubs, der beim Schmelzen von direkt reduziertem Eisen gebildet wird, wobei das Ventil einen Ventildurchlaß in einem Ventilkörper (19); ein Ventilverschlußelement (28), das im Ventildurchlaß hin und her gleiten kann, um den Durchlaß zu öffnen und zu schließen; sowie einen länglichen Schaft (27) mit zwei gegenüberliegenden Enden, wovon das eine am Ventilverschlußelement (28) befestigt ist und das andere so beschaffen ist, daß es an einer Einrichtung (29) befestigt werden kann, die die gleitenden Hin- und Herbewegung des Ventilverschlußelements bewirkt, umfaßt, gekennzeichnet durch einen Durchlaß (30, 31), der in dem Schaft vorgesehen ist und durch den sich Kühlwasser bewegen kann, wobei der Wasserdurchlaß ausreichend weit vom Ventildurchlaß entfernt ist, so daß das Wasser nicht in die Nähe der Oberflächen des Ventilkörpers (19), die mit dem heißen Fluidmaterial in direktem Kontakt sind, gelangen kann und sich nicht vom Wasserdurchlaß zum Ventildurchlaß bewegen kann; und wenigstens einen Hohlraum, der im Ventilkörper (19) vorgesehen ist und den Ventildurchlaß ringförmig umgibt und ein nicht fluidales Wärmeisoliermedium (22) aufnehmen kann.

2. Ventil nach Anspruch 1, wobei der oder jeder Hohlraum zwischen Doppelwänden definiert ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, wobei das Wärmeisoliervakuum "Koawool" enthält.

4. Ventil nach Anspruch 2, wobei die isolierenden Doppelwände ein Material aus wenigstens einer der Gruppen enthalten; Kesselblech und weicher unlegierter Stahl.

5. Ventil nach Anspruch 2, wobei irgendein Teil der Doppelwand, die den Ventildurchlaß definiert, mit einer Hülse aus rostfreiem Stahl wärmegeschützt ist.

6. Ventil nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper wenigstens zwei gegenüber angeordnete Seitenwände und wenigstens eine mit einem Deckel verschließbare Öffnung in einer der Seitenwände umfaßt, wobei durch diese Öffnung ein Zugang zum Innenraum des Ventilköpers für Untersuchungs- und/oder Wartungszwecke erlangt wird.

7. Ventil nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, in dem der Ventilkörper zwei solche Öffnungen und Deckel (23, 24) umfaßt, die sich in gegenüberliegenden Seitenwänden befinden und die die gleichen Größe und die gleiche Konfiguration besitzen, mit der Ausnahme, daß einer der Deckel so beschaffen ist, das er den Schaftunterstützungsmechanismus aufnehmen kann, mittels dessen das Ventilverschlußelement von außerhalb des Ventilkörpers betätigt werden kann.