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In der Eisen- und Stahlindustrie wird in Herdschmelzöfen, wie Siemens-Martin-Öfen, oder in Konvertern kaltes Beschickungsgut, wie Roheisen und Schrott in grossen Mengen geschmolzen, wobei der Schmelzvorgang in möglichst kurzer Zeit durchgeführt werden soll. Zum Frischen wird Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft, ein Argon-Sauerstoffgemisch od. dgl. unter gleichzeitigem Einblasen von Brennstoff in den Ofen eingeblasen.
Es ist bereits bekannt, zum gleichzeitigen Einblasen von Sauerstoff und Brennstoff eine Blasdüse zu verwenden, die mehrere Düsenöffnungen und ein im mittigen Axialabschnitt einer Lanze eingesetztes
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parallel im Sauerstoff, der seinerseits infolge des konstanten Querschnittes der Sauerstoffkanäle mit konstanter Geschwindigkeit strömt. Dies hat aber zur Folge, dass die Durchmischung von Brennstoff und Sauerstoff nur sehr ungenügend und auch nur nach einer sehr langen Strecke stattfindet, weil der Brennstoff ohne Durchmischung, gewissermassen als Strömungsfaden in der Sauerstoffströmung, mitgeführt wird.
Die bekannte Blasdüse hat ferner einen komplizierten Aufbau, der die Herstellung und den Zusammenbau erschwert, wobei ferner die durch den Aufbau bedingten Druckverluste des Sauerstoffes eine hohe Ausströmgeschwindigkeit desselben verhindern.
Die Erfindung betrifft nun eine Blasdüse der vorstehend angegebenen allgemeinen Art und zielt darauf ab, diese Düse unter Vermeidung der geschilderten Mängel so auszubilden, dass die Durchmischung von Brennstoff und Sauerstoff gegenüber der bekannten Blasdüse gleicher Art verbessert wird, so dass sich eine optimale Zerstäubung und Verteilung des Brennstoffes ergibt und insgesamt ein verbesserter thermischer Wirkungsgrad erreicht wird. Die erfindungsgemässe Blasdüse soll ferner einfachen Aufbau haben und leicht zusammengebaut werden können.
Diese Aufgaben werden bei einer für Sauerstoff und Brennstoff bestimmten Blasdüse der vorstehend angegebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im unteren Endabschnitt des Sauerstoffblasrohres mehrere Düsen, die ähnlich Laval-Düsen ausgebildet sind, in radialer Richtung schräg nach
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einem spitzen Winkel zur jeweiligen Lavaldüsenachse verlaufend angeordnet sind.
Durch die Ausbildung der Sauerstoffdüsen als Laval-Düsen wird zunächst erreicht, dass der in den erweiterten Teil der Düse eingeleitete Brennstoff auf den an dieser Stelle mit sehr hoher Geschwindigkeit strömenden Sauerstoff auftrifft, wobei die hohe Strömungsgeschwindigkeit und der sich erweiternde Strömungsquerschnitt die Durchmischung von Brennstoff und Sauerstoff beträchtlich verbessern. Durch das schräge Einleiten des Brennstoffes in die Sauerstoffströmung hoher Geschwindigkeit wird eine optimale Zerstäubung und Verteilung des Brennstoffes bewirkt. Mit der erfmdungsgemässen Blasdüse können Flammen mit grosser Streuung und hoher Flammentemperatur erzielt werden, so dass kaltes Beschickungsgut innerhalb sehr kurzer Zeit geschmolzen werden kann.
Wenn durch das Brennstoffrohr kein Brennstoff mehr zugeführt wird, kann die Blasdüse ohne Schwierigkeiten auch dazu verwendet werden, ausschliesslich Sauerstoff od. dgl. einzublasen. Hiedurch werden die Anlagekosten verringert, die Bedienungsvorgänge vereinfacht und es kann der Frischvorgang gleichmässig und ohne Unterbrechung durchgefuhrt werden.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Blasdüse. Fig. 2 ist ein Schnitt durch den unteren Teil dieser Blasdüse. Fig. 3 ist eine Ansicht der gleichen Blasdüse von unten und Pig. 4 zeigt schematisch die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der aus den Düsen auftretenden Strahlen, wobei--A--die Verteilung einer erfindungsgemässen Düse mit mehreren Düsenöffnungen und --B-- die Verteilung einer bekannten Düse mit einer einzigen Düsenöffnung darstellt.
In den Zeichnungen ist mit--1--ein Sauerstoffblasrohr bezeichnet, das an seinem oberen Abschnitt zur Ausbildung einer Sauerstoffeinlassleitung in der Form eines umgedrehten L gekrümmt ist. Durch die Mitte des Hauptabschnittes dieses Einlasses bis zum Ende des Sauerstoffblasrohres --1-- verläuft ein Brennstoffblasrohr --2--. Mit--3--ist ein Kühlmantel bezeichnet, der konzentrisch den Hauptabschnitt dieses Sauerstoffblasrohres--1--umschlieBt und nahe seinem oberen Ende mit einem Stutzen --4-- zum
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1).aussen liegender Mantel--5--so angeordnet, dass die durch ihn gebildete Kammer--5a--mit einer durch den Kühlmantel--3-gebildeten Kammer--3a--am unteren Ende der Lanze in Verbindung steht.
Nahe dem oberen Ende dieses aussenliegenden Mantels--5--ist ein Stutzen --6-- für den Abfluss des Kühlwassers angeschlossen. Damit der obere Endabschnitt des Brennstoffblasrohres--2--in die Mitte des Sauerstoffblasrohres--1--eingeschraubt werden kann, sind Klemmsitze bzw. Halter--16 und 17-vorgesehen, die durch Schrauben --9-- aneinandergedrückt werden und zwischen denen eine Dichtung -10-- liegt.
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Wie deutlich aus Fig. 2 hervorgeht, mündet das untere Ende des Brennstoffblasrohres --2-- in eine Verteilerkammer-12-, die zentrisch im unteren Abschnitt der Blasdüse ausgebildet ist. Von dieser Verteilerkammer --12-- führen mehrere Brennstoffblaskanäle --7-- schräg nach unten, die mit radial angeordneten, ähnlich Laval-Düsen ausgebildeten Düsen 8 in Verbindung stehen (Fig. 3). Diese Brennstoffkanäle --7-- liegen in dem sich etwas nach aussen erweiternden unteren Ende des Sauerstoffblasrohres --1--. Die Anzahl dieser Brennstoffblaskanäle --7-- und der ähnlich Laval-Düsen ausgebildeten Düsen --8-- kann beliebig gewählt werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform werden drei Düsen verwendet, und die Brennstoffblaskanäle --7-- münden hiebei unter dem Halsabschnitt --18-- der einzelnen Dussen-8-. Genauer ausgedrückt erweitert sich eine Düse --8-- an einem Ende nach oben trichterförmig in den Innenraum--la--des Sauerstoffblasrohres-1-und ebenso erweitert sie sich am andern Ende nach unten zur Aussenseite hin. Zwischen diesen beiden Endabschnitten der Düse ist ein
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wodurch dem Sauerstoffstrahl die erwünschte Strömungsgeschwindigkeit erteilt und dieser in eine zweckmässige Richtung geführt wird oder sich fortsetzt.
Bei der Herstellung einer erfindungsgemässen Blasdüse für Sauerstoff und Brennstoff mit mehreren Düsenöffnungen wird zunächst zur Ausbildung des Kühlmantels --3--, des aussen liegenden Mantels--5-
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Ausserdem kann mit diesem unteren Endabschnitt eine bisher übliche Lanze in einfacher Weise zu einer Lanze mit mehreren Düsenöffnungen umgebaut werden, damit man optimale Arbeitsbedingungen erhält, indem man diesen Teil bei Bedarf auswechselt.
Die erfindungsgemässe Blasdüse arbeitet wie folgt : Wenn Sauerstoff od. dgl. unter hohem Druck in das Sauerstoffblasrohr-1-eingeleitet wird, so tritt er an den einzelnen Düsen --8-- mit Überschallgeschwindigkeit aus. Dabei wird Brennstoff durch das konzentrisch zum Sauerstoffblasrohr-1-angeordnete Brennstoffblasrohr --2-- zum Lanzenende und in die Verteilerkammer --12-- geleitet, die zwischen den jeweiligen Düsen --8-- ausgebildet ist, und von dieser aus durch die Brennstoffblaskanäle - -7--, die in den betreffenden Düsen --8-- münden, wobei der Brennstoff zerstäubt und gleichzeitig mit Sauerstoff gut durchmischt wird.
Das aus Brennstoff und Sauerstoff bestehende Gas tritt in einer Strahlform,
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es ergibt sich auch eine Strahlausbreitung ähnlich der einer Düse mit einer einzigen Düsenöffnung, wie sie in Fig. 4B dargestellt ist. Damit ergibt sich selbst an einer Stelle, die von der Düsenachse entfernt liegt, eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit bzw. eine grosse Gasmenge. Ausserdem ist die gesamte Ausbreitung des durch diese Blasdüse mit mehreren Düsenöffnungen eingeblasenen Fluids beträchtlich grösser als jene, die man mit einer Düse mit einer einzigen Düsenöffnung erhält.
Demzufolge wird mit einer erfindungsgemässen Blasdüse mit mehreren Düsenöffnungen unter den gleichen Brennbedingungen nicht nur der Verbrennungswirkungsgrad verbessert, sondern auch der Wärmeübergang zu der grossen Menge an kaltem Beschickungsgut gegenüber einer herkömmlichen Düse mit einer einzigen Düsenöffnung verbessert. Wenn der Aufheizvorgang unterbrochen wird, um durch Aufblasen von reinem Sauerstoff zu frischen, so kann weiterhin die erfindungsgemässe Blasdüse auch als gewöhnliche Sauerstoffblaslanze verwendet werden, indem man die Zufuhr von Schweröl als Brennstoff unterbricht und gegebenenfalls eine gewisse Menge Wasserdampf in das Brennstoffblasrohr einleitet, um einen Gegenstrom von Schweröl zu verhindern.
Demzufolge kann eine erfindungsgemässe Blasdüse mit mehreren Düsenöffnungen in äusserst wirksamer Weise in einem Herdofen oder in einem Konverter zum Schmelzen grosser Mengen kalten Beschickungsgutes sowie als gewöhnliche Sauerstoffblaslanze verwendet werden.