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Lavaldüse und Verfahren zum Einblasen von pulver- oder körnchenförmigen Substanzen auf oder in ein Metallbad
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einblasen von pulver- oder körn- cheniormigen Substanzen in Suspension in einem Gas auf oder in ein Metallbad von oben her.
Bei solchen Verfahren wird die Mischung aus Gas und festen Körpern unter Druck durch eine Einblaslanze mit einer Düse eingebracht. Diese ist im allgemeinen mit einem sich verengenden und wieder verbreiterndenEnde versehen, damit dem Gasstrahl eine grosse Geschwindigkeit und grosse kinetische Energie verliehen werde.
Es ist bekannt, eine sogenannte Lavaldüse zu verwenden, um einem Gasstrahl eine die Schallgeschwindigkeit überschreitende Geschwindigkeit zu erteilen. Hiezu ist in einer einschlägigen Literaturstelle angegeben, dass die Grösse der vom Gasstrahl bestrichenen Fläche und die Druckverteilung innerhalb dieser bestrichenen Fläche von der Form der Düse und vom Lanzenabstand abhängt, aber es wird für diese Abhängigkeit keine Formel angegeben ; ausserdem befasst sich diese Literaturstelle nur mit dem Einblasen von Sauerstoff allein, aber nicht mit dem Einblasen einer Mischung eines Gases mit festen Stoffen.
Beim Einblasen von Sauerstoff allein genügt die übliche Form der Lavaldüse, um einen regelmässigen, feinen und in das Bad eindringenden Strahl zu erzeugen. Im Gegensatz dazu gibt im Falle des Einblasens von Gas mit suspendierten festen Stoffen die übliche Lavaldüse einen weniger feinen und weniger konzentrierten Strahl als beim Einblasen von Gas allein. Überdies ist es beim Einblasen von in Suspension in einem Gas verteilten festen Stoffen in ein Metallbad von grösserer Wichtigkeit, einen Strahl zu erhalten, der von geringer Ausweitung und fähig ist, tief in das Bad einzudringen, und die Lavaldüsen von der üblichen Form ermöglichen nicht, dieser wichtigen Bedingung zu genügen.
Wenn man Lavaldüsen der üblichen Art verwendet, stellt man ungeachtet der Wahl eines kleinen Öffnungswinkels der Erweiterung fest, dass der aus der Düse austretende Gasstrahl die Tendenz hat, sich zu erweitern, was einen bedeutenden Nachteil bildet.
Bei den zum Einblasen von Gasen bekannten Düsen, die sich verengend und wieder erweiternd ausgebildet sind, ist die Verengung mit der am Düsenende vorgesehenen Erweiterung unter Vermittlung eines zylindrischen Teiles oder Halses von verringertem Querschnitt verbunden n Falle des Einblasens von Gasen ohne feste Stoffe ist das Verhältnis der Länge des Halses zu seinem inneren Durchmesser kleiner als 1. In dem Hals der Düse ist das Gas nämlich Reibungen unterworfen, welche der Länge des Halses proportional sind und deshalb wurde diese Länge bisher möglichst klein gewählt.
Die vorliegende Erfindung hat eine Düse zum Einblasen von pulver-oder körnchenförmigen Substanzen in Suspension in einem Gas auf oder in ein Metall zum Gegenstand, welche auf leichte Weise einen regelmässigen, feinen und konzentrierten Strahl zu erzielen gestattet, der fähig ist, tief in das Bad einzudringen.
Die erfindungsgemässe Düse ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge des Halses zu
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wobei K grösser als 2 und kleiner als 2 C/d ist.
Als Beispiel sei angeführt, dass bei einem Wert von C/d gleich 2 der Koeffizient K der Formel grösser als 2 ist, jedoch kleiner als 4 sein muss.
Vorteilhafte Ergebnisse wurden mit einer Lavaldüse erhalten, deren Dimensionen der angeführten i Formel entsprechen, in welcher K einen Wert zwischen 2, 5 und 3 hat.
Im allgemeinen haben die Lavaldüsen kreisförmige Querschnitte. Deshalb wurde bei der vorstehenden
Definition der Erfindung angegeben, dass die in der Formel in Betracht zu ziehende charakteristische
Grösse der Querschnitte deren Durchmesser ist. Es wird indessen hervorgehoben, dass innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung auch Düsen von nicht kreisfdrmigem, z. B. elliptischem Querschnitt liegen.
In diesem Fall ist die in Betracht zu ziehende charakteristische Grösse des Querschnittes dessen grösste
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neren Durchmesser grösser als 2 ist und vorzugsweise zwischen 3 und 5 liegt.
Es wurde gemäss der Erfindung auch gefunden, dass man am Ausgang der Düse einen regelmässigen und weniger erweiterten Strahl der Mischung erhält, wenn die in der oben beschriebenen Weise ausgebildete Düse gleichzeitig am Ende eine Erweiterung aufweist, deren gesamter Erweiterungswinkel - der von zwei diametral gegenüberliegendenErzeugenden eingeschlossen ist-gleich oder kleiner als 60 ist, im Gegensatz zu den bekannten und gebräuchlichen Düsen, bei welchen dieser Winkel grösser als 60 ist.
Die erfindungsgemässe Düse ist anwendbar, wie auch immer die Form des sich verengenden Teiles zwischen seinem Eintrittsquerschnitt und dem Querschnitt des Halses sei, und die Erzeugende des Kegelstumpfes des sich verengenden Teiles kann geradlinig oder gekrümmt sein.
Es ist gemäss der Erfindung in der Absicht, einen regelmässigeren Strahl von geringerer Erweiterung zu erhalten, als vorteilhaft gefunden worden, dem sich verengenden Teil ein nach aussen konkaves Profil zu geben, das durch Rotation einer nach aussen konkaven Kurve um die Achse der Düse gebildet wird, welche Kurve sich einerseits an die innere Rohrwand der Lanze anschliesst und anderseits den Hals der Düse berührt. Diese besondere Form des sich verengenden Teiles erleichtert den Abfluss des Strahles der von den festen Substanzen und dem Gas gebildeten Mischung und trägt dazu bei, zu verhindern, dass sich der Strahl am Ausgang der Lanze verbreitert.
Ein Ausführungsbeispiel, welches die Erfindung aber keineswegs beschränken soll, ist in der Zeichnung veranschaulicht. Diese zeigt einen Längsschnitt einer Düse gemäss der Erfindung. Die dargestellte Vorrichtung weist einen sich verengenden Teil l auf, der mit dem sich erweiternden Teil 2 durch einen Hals 3 verbunden ist. Die Länge des Halses 3 ist gleich dem 4, l-fachen des inneren Durchmessers des Halses.
Der Winkel 4 des sich erweiternden Teiles 2 ist gleich 4040'. Der sich verengende Teil 1 hat ein nach
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wobei D der Durchmesser des Eintrittsquerschnittes des sich verengenden Teiles und L dessen Länge ist und d den Durchmesser des Halses und C dessen Länge bedeutet und K = 2, 2 ist.
Die Düse gemäss der Erfindung kann einfach amEnde der Lanze befestigt werden. Man kann zu diesem Zwecke, z. B. wie es in der Zeichnung gezeigt ist, die Düse nach oben durch einen mit Innengewinde versehenen Teil verlängern, der auf das mit Aussengewinde versehene Lanzenrohr geschraubt wird. Wenn die Lanze mit Wasserkühlung ausgestattet ist, kann die Düse nach der Erfindung in das Innere des gekühlten Lanzenendes eingeführt werden. Die Düse gemäss der Erfindung kann man auch aus einem Stück mit dem gekühlten Ende der Lanze ausführen.
Wie oben gesagt, ist es der wesentliche Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass man mit Sicherheit einen feinen, zusammengedrängten und regelmässigen Strahl erhält, der tief in das Bad eindringt. Ein anderer Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung ist darin gelegen, dass sie augenblicklich und sicher einen sich mehr verbreiternden und weniger tief in das Bad eindringenden Strahl zu erhalten gestattet, wenn es gewünscht wird, z. B. um das Schäumen der Schlacke im Verlaufe eines Frischprozesses hervorzurufen oder zu begünstigen. Zu diesem Zwecke genügt es, den Gasdruck am oberen Ende der Düse über das Mass des Druckes hinaus zu erhöhen, welcher bei normaler Funktion einen feinen Strahl ergibt.
So kann man, wenn man den Gasdruck am oberen Ende der Düse um 1 kg/cm2 erhöht, erreichen, dass sich der Querschnitt des Strahles nach dem Austritt um 2 - 10010 erweitert. je nach dem Werte des normalen Druckes und der Flüssigkeitsmenge. Als nicht einschränkendes Beispiel sei angegeben, dass eine Düse von
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der erfindungsgemässen Type, die bei einem normalen Druck von 5 kg/cm2 einen feinen Strahl gibt, einen Strahl von um 18 - 250/0 erweitertem Querschnitt ergibt, wenn man den Druck am Eintritt des Gases auf 8 kg/cm2 erhöht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lavaldüse zur Erzeugung eines regelmässigen, feinen und konzentrierten Strahles zum Einblasen von pulver-oder körnchenförmigen Substanzen in Suspension in einem Gas auf oder in ein Metallbad von
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grösser als 2 und kleiner als 2 Cld ist.