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Vorrichtung zur Erzielung hoher Strömungsgeschwindigkeiten von in einem Gas suspendierten Teilchen, insbesondere zum Einblasen von in Sauerstoff suspendiertem Kalk beim Frischen von
Roheisen zu Stahl
Bekanntlich benutzen zahlreiche Techniken Gase, in welchen feine feste oder flüssige Teilchen suspendiert sind, wobei diese Teilchen hohe Geschwindigkeiten haben sollen.
Es ist z. B. bekannt, dass in Brennern für zerstäubten Brennstoff die Bewegungsgrösse des Brennstoffes und des Zerstäubungsmittels in der Zeiteinheit auf die Eigenschaften der Flamme einen grossen Einfluss hat. Bekanntlich muss dieser Ausdruck möglichst gross sein, wenn man eine kurze Flamme wünscht. Die Bewegungsgrösse des betrachteten Gemisches in der Zeiteinheit ist nun gleich M+ M, V,,
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deuten.
Da das Verhältnis M/M nicht vernachlässigbar ist, ist es offenbar zweckmässig, dass die Geschwindigkeit V2 möglichst gross ist, da hiedurch eine Vergrösserung der Bewegungsgrösse des Gemisches in der Zeiteinheit erzielt wird. In den bekannten Brennern kann für die Brennstoffteilchen keine grosse Geschwindigkeit erhalten werden, so dass der Wert der Bewegungsgrösse des Gemisches in der Zeiteinheit fast ausschliesslich von dem Ausdruck MV herrührt.
Ferner benutzen bekannte Verfahren Gase, in welchen feinverteilte Stoffe enthalten sind, welche auf die Oberfläche von flüssigen Bädern geblasen werden. Die Wirksamkeit dieser Verfahren hängt in starkem Masse von den Kenngrössen des benutzten Strahles ab, insbesondere von der von den feinen Teilchen des Stoffes am Ausgang der Düse erreichten Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit muss bekanntlich möglichst gross sein, wenn der Strahl ein grosses Eindringvermögen haben soll.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzielung hoher Strömungsgeschwindigkeiten von in einem Gas suspendierten Teilchen, insbesondere zum Einblasen von in Sauerstoff suspendiertem Kalk beim Frischen von Roheisen zu Stahl, gekennzeichnet durch einen sehr kurzen Teil, welcher eine Einschnürung bildet und das Gas auf seine Geschwindigkeit bringt, auf welchen ein rohrförmiger Teil folgt, dessen Länge im Vergleich zu seinem Innendurchmesser sehr gross, d. h. ungefähr zwanzigmal grösser ist als derselbe und mindestens 1, 50 m beträgt und dessen Ausgangsquerschnitt gleich oder grösser ist als der Eingangsquerschnitt, wobei im letzteren Falle dessen gesamter Divergenzwinkel höchstens 60 Winkelminuten beträgt.
Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung folgt auf den konvergierenden Teil eine Folge von zylindrischen Rohren grosser Länge mit in Richtung auf den Aus gang zunehmenden Durchmessern, welche durch kurze divergierende Teile mit beliebigen Divergenzwinkeln verbunden sind.
Mit einer Vorrichtung gemäss der Erfindung wird den in einem Gas suspendierten Teilchen eine Geschwindigkeit erteilt, welche wenigstens das 0, 4fache der Geschwindigkeit des Gases ist.
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Zum Verständnis des durch die Erfindung erzielten Fortschrittes ist zu berücksichtigen, dass die bisher zum Einblasen von pulverförmigen Stoffen in flüssige Bäder benutzten Vorrichtungen sowie die Brenner für zerstäubten Brennstoff an dem Ausgang je einen sehr kurzen konvergierenden und divergierenden Teil aufwiesen. Dieser ermöglicht zwar infolge seiner geringen Länge die Erzielung eines geringen Druckabfalles durch Reibung, er konnte jedoch den Teilchen selbst keine genügende Geschwindigkeit erteilen, da der ihnen erteilte Impuls zu kurz war.
Beider erfindungsgemässen Vorrichtung dient dagegen der konvergierende Teil insbesondere zur Vergrösserung der Geschwindigkeit des Gases, während der rohrförmige Teil grosser Länge im wesentlichen dem Gas ermöglicht, den Teilchen eine sehr starke Beschleunigung während einer solchen Zeit zu erteiteilen, dass sie die gewünschte Geschwindigkeit erreichen.
Diese Geschwindigkeit kann sehr hohe Werte annehmen, welche für gewisse Techniken günstig ist, insbesondere für Sandstrahlgebläse. Ferner ist es möglich, zylindrische Strahlen von in einem Gas suspendierten pulverförmigen Stoffen zu erhalten.
. Bekanntlich gibt es keine Gasstrahlen, welche eine zylindrische Form beibehalten, da sich ein solcher Strahl erweitert und eine konische Form annimmt, wobei der halbe Winkel an der Spitze etwa 100 beträgt. Ebenso ist der durch ein Gemisch von Gas und von pulverförmigen Stoffen gebildete, aus einem üblichen konvergierenden und divergierenden Teil austretende Strahl ein konischer Strahl. In einem mittels einer er. findungsgemässen Vorrichtung hergestellten Strahl weichen dagegen die pulverförmigen Stoffe infolge ihrer Trägheit nur sehr wenig von der Achse ab und bilden einen zylindrischen Strahl von pulverförmigen Stoffen innerhalb des konischen Gasstrahles, vorausgesetzt, dass diese Stoffe eine grosse Geschwindigkeit am Ausgang der Vorrichtung haben.
Der mittels einer erfindungsgemässen Vorrichtung erzeugte zylindrische Strahl weist wesentliche Vor- teile auf. Er gewährleistet z. B.,. wie zahlreiche Versuche erwiesen haben, das wirksamste Eindringen der pulverförmigen Stoffe und des Trägergases in ein flüssiges Bad. Ferner nähert sich ein solcher Strahl, welcher in die Achse einer zylindrischen Leitung ziemlich grosser Länge mündet, deren Durchmesser grösser als der Austrittsdurchmesser des Strahles ist, nicht den Wänden der Leitung, wodurch eine Berührung zwischen den Wänden und den Teilchen vermieden wird, wie dies bei Teilchen erforderlich ist, welche eine Schleifwirkung oder eine Reaktion auf die Leitung ausüben können.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert, welche zwei Ausführungsformen der Erfindung zeigt. Fig. 1 zeigt schematisch einen Axialschnitt der bisher üblicherweise benutzten Vorrichtung. Fig. 2 ist eine entsprechende Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung. Fig. 3 ist eine entsprechende Ansicht einer andern erfindungsgemässen Ausführung.
Fig. 1 zeigt eine üblicherweise zum Einblasen von Stoffen in metallische Bäder benutzte Lanze.
Diese Lanze besitzt ein zylindrisches Rohr 1 zur Zufuhr eines Gemisches 2 aus Sauerstoff und pulverförmigem Kalk, an welches ein konvergierender und divergierender Teil 3 geringer Länge angeschlossen ist.
Hiedurch entsteht am Ausgang ein Strahl 4 aus in Sauerstoff suspendiertem pulverförmigem Kalk, dessen Bewegungsgrösse in der Zeiteinheit offenbar grösser als die des Sauerstoffes ist. Der pulverförmige Kalk ist auf das ganze Volumen des konischen Gasstrahles verteilt.
. Bei der Ausbildung gemäss Fig. 2 wird das Gemisch 2 durch einen kurzen konvergierenden Teil 6 in einen langen divergierenden Teil 5 mit kleinem Divergenzwinkel eingeführt. Die Länge dieses divergerenden Teiles ist sehr gross im Vergleich zu seinem Innendurchmesser, d. h. grösser als das Zwanzigfache desselben. Hiedurch entsteht am Ausgang ein Strahl 7 aus einem Gemisch aus Sauerstoff und pulverförmigem Kalk, dessen Bewegungsgrösse in der Zeiteinheit für gleiche Mengen an Sauerstoff und Kalk erheblich grösser als. bei dem Strahl 4 der Fig. 1 ist, da den Teilchen infolge der grossen Länge des diver- gierenden Teiles 2 eine grössere Geschwindigkeit erteilt wird. Der pulverförmige Kalk bildet einen fast zylindrischen Strahl innerhalb des konischen Gasstrahles.
Bei der Ausbildung gemäss Fig. 3 wird die Lanze durch einen konvergierenden Teil 6 gebildet, welcher dem konvergierenden Teil. der Fig. 2 entspricht, auf welchen jedoch zylindrische Rohre 8,9, 10 grosser Länge folgen, deren Durchmesser in Richtung auf den Ausgang zunehmen, und welche miteinander durch kurze divergierende Teile 11 und 12 verbunden sind. Diese Vorrichtung ist in einfacherer Weise herstellbar als die nach Fig. 2 ; sie erteilt den Kalkteilchen die gleiche Geschwindigkeit wie die Vorrichtung nach Fig. 2 und ergibt ebenfalls einen zylindrischen Strahl für den pulverförmigen Kalk.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung gestattet, bei gegebenen Teilchen eine vorausbestimmte Geschwindigkeit zu erhalten. Infolge ihrer Trägheit müssen nämlich diese Teilchen eine gewisse Strecke durchlaufen, um einen gegebenen Bruchteil k der Austrittsgeschwindigkeit des Strömungsmittels anzu-
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nehmen, wobei diese Strecke von ihrem Durchmesser abhängt. Infolgedessen kann die Geschwindigkeit der. Teilchen genau eingestellt werden, wenn man der Vorrichtung eine bestimmte Länge gibt.
In der nachstehenden Tabelle I sind die wesentlichen Kenngrössen von drei verschiedenen Ausführungs- beispielen der erfindungsgemässen Vorrichtung angegeben, welche gestatten, in Sauerstoff suspendierten i. Kalkteilchen einen bestimmten Bruchteil k der Geschwindigkeit des Strömungsmittels zu erteilen. Die
Tabelle II gibt die verschiedenen Werte dieses Koeffizienten k für jede dieser Vorrichtungen und für ver- schiedene Teilchendurchmesser an.
Tabelle I
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<tb>
<tb> Allen <SEP> drei <SEP> Vorrichtungen <SEP> gemeinsamer <SEP> konvergierender <SEP> Teil
<tb> Länge <SEP> : <SEP> 50 <SEP> mm
<tb> kleinster <SEP> innerer <SEP> Durchmesser <SEP> : <SEP> d <SEP> = <SEP> 30 <SEP> mm
<tb> halber <SEP> Winkel <SEP> an <SEP> der <SEP> Spitze <SEP> :
<SEP> 28
<tb> Civergierender <SEP> Tell <SEP> 1.Vorrichtung <SEP> 2.Vorrichtung <SEP> 3, <SEP> Vorrichtung
<tb> Länge <SEP> 1,5m <SEP> 4m <SEP> 8m
<tb> kleinster <SEP> innerer <SEP> Durchmesser <SEP> d <SEP> = <SEP> 30 <SEP> mm <SEP> d <SEP> = <SEP> 30 <SEP> mm <SEP> d <SEP> = <SEP> 30 <SEP> mm
<tb> Divergenzwinkel <SEP> in <SEP> Winkelminuten <SEP> 60 <SEP> 25 <SEP> 15
<tb>
Tabelle 11
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<tb>
<tb> Teilchendurchmesser <SEP> in <SEP> Mikron <SEP> 1. <SEP> Vorrichtung <SEP> 2. <SEP> Vorrichtung <SEP> 3. <SEP> Vorrichtung
<tb> k <SEP> k <SEP> k
<tb> 100 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 95 <SEP>
<tb> 500 <SEP> 0, <SEP> 55 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 83 <SEP>
<tb> 1000 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 72 <SEP>
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Vorrichtung zur Erzielung hoher Strömungsgeschwindigkeiten von in einem Gas suspendierten Teilchen, insbesondere zum Einblasen von in Sauerstoff suspendiertem Kalk beim Frischen von Roheisen zu Stahl, gekennzeichnet durch einen sehr kurzen Teil (6), welcher eine Einschnürung bildet und das Gas auf seine Geschwindigkeit bringt, auf welchen ein rohrförmiger Teil (5,8, 9,10) folgt, dessen Länge im Vergleich zu seinem Innendurchmesser sehr gross, d. h. ungefähr zwanzigmal grösser ist als derselbe und mindestens 1, 50 m beträgt und dessen Ausgangsquerschnitt gleich oder grösser ist als der Eingangsquerschnitt, wobei im letzteren Falle dessen gesamter Divergenzwinkel höchstens 60 Winkelminuten beträgt.