AT394731B - Verfahren und gasspuelstein zum einblasen von behandlungsstoffen in reaktionsgefaesse - Google Patents

Description

AT 394 731 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einblasen von Behandlungsstoffen in bei hohen Temperaturen betriebene Reaktionsgefäße und einen Gasspülstein zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind bereits zahlreiche Verfahren zum Einbringen von Behandlungsstoffen verschiedener Art in Reaktionsgefäße, die bei hohen Temperaturen arbeiten, wie metallurgische Öfen und Behälter, z. B. sauerstoffblasende Kon-S verter, bekannt. Bei diesen Verfahren werden die Behandlungsstoffe mit Hilfe von Düsen, Lanzen, Düsensteinen bzw. Düsenblöcken oder Gasspülsteinen an verschiedenen Stellen des betreffenden Reaktionsgefäßes in das zu behandelnde Gut eingeführt.

Verfahren bei denen Düsen verwendet werden, sind z. B. aus der EP-Al 182 965, GB-PS 2 137 742 und der ;;j US-PS 4 416 443 bekannt. 1 10 Die EP-Al 182 965 hat ein Verfahren zum Schutz der Düsen einer feuerfesten Auskleidung eines metallurgi- s sehen Gefäßes zum Gegenstand, bei welchem Düsen aus wenigstens drei konzentrisch»! Rohren, durch die ein » zentraler Kanal und wenigstens zwei Ringkanäle gebildet werden, als Einblasvorrichtung verwendet werden, wobei durch den zentralen Kanal dieser Düsen ein sauerstoffhaltiges Gas und durch jeden der Ringkanäle Wasser mittels eines Trägergases eingeblasen wird. 15 Den Gegenstand der GB-PS 2 137 742 bildet eine Düse aus mindestens zwei konzentrisch angeordneten Rohren, von welchen das innere Rohr für die Zufuhr von Sauerstoff, der Zwischenraum zwischen diesen beiden Rohren für die Einführung von Brennstoffen oder flüssigen oder gasförmigen Stoffen dient und in mindestens einem dieser beiden Rohre ein Spiralrohr für gasförmigen Brennstoff oder Sauerstoff angeordnet ist.

In der US-PS 4 416 443 ist eine Düse aus zwei konzentrischen Rohren beschrieben, mit der durch das innere 20 Rohr Sauerstoff und Kalk, durch das äußere Rohr flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe oder flüssiges Kohlendioxid, das als Schutzmedium gegen reinen Sauerstoff dient, eingeblasen werden.

Insbesondere bei Verwendung von Düsensteinen oder Gasspülsteinen besteht ein wesentliches Problem darin, den meist raschen Verschleiß dieser zum Einbringen der Behandlungsstoffe verwendeten Steine aus feuerfestem Material möglichst weitgehend zu verringern. Der Nachteil eines verhältnismäßig starken Verschleißes besteht 25 besonders beim Arbeiten mit Sauerstoff oder sauerstofffeichen Gasen und dabei vorallem in unmittelbarer Nähe der Stellen, an welchen diese Behandlungsgase eingeführt werden, da bei den Umsetzungen mit Sauerstoff hohe Reaktionstemperaturen auftreten. Es kann in diesem Zusammenhang ein Verfahren erwähnt werden, bei dem ein aus vier einzelnen, nebeneinander angeordneten und durch eine Blechummantelung zusammengehaltenen Teilen bestehender feuerfester Stein verwendet wird, der zwischen seinen beiden zentral gelegenen Teilen eine zylin-30 drische Ausnehmung mit einer inneren Düse und eine diese innere Düse konzentrisch unter Bildung eines Ringspaltes umgebende äußere Düse aufweist, wobei die innere Düse für das Einblasen von Sauerstoff, die äußere Düse für die Zuführung von Brennstoff dient und ferner auch durch Spalte, die jeweils zwischen einem der beiden inneren Steinteilen und dem jeweils äußeren angrenzenden Steinteil gebildet sind, Brennstoff eingeführt wird (EP-A2 112 769). Bei einem anderen Verfahren dieser Art werden in eine Schmelze z. B. durch einen feuerfesten 35 Stein zwei strömungsfähige Medien eingeblasen, von denen das eine exotherm reaktiv und das andere fast oder ganz inert ist (AT-PS 265 341). Bei diesem Verfahren kann beispielsweise zum Einblasen von Sauerstoff in den Boden eines zur Stahlerzeugung dienenden Konverters ein kegelstumpfförmiger Körper aus feuerfestem Material verwendet werden, in dessen Achse ein Kanal z. B. in Form eines Rohres zum Einblasen von Sauerstoff angeordnet ist und der zahlreiche feine Durchlässe in Form von offenen Poren oder schmalen Bohrungen für den Durch-40 tritt eines Kühlmediums aufweist.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Einblasen von Sauerstoff und anderen Behandlungsstoffen in bei hohen Temperaturen arbeitende Reaktionsgefäße zu schaffen, mit dem eine wesentliche Erhöhung der Standzeiten, also der Betriebsdauer, der betreffenden Reaktionsgefäße bei gleichzeitiger Energieeinsparung und Verringerung der Kosten erreicht werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der 45 Schaffung eines Gasspülsteines zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es wurde gefunden, daß diese Ziele durch eine besondere Art der Kühlung erreicht werden können. Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einblasen von Behandlungsstoffen in bei hohen Temperaturen betriebene Reaktionsgefäße, insbesondere in metallurgische Öfen und Gefäße, unter Verwendung von feuerfesten Gasspülsteinen, die einen axialen Durchgang, durch den Sauerstoff eingeführt wird, aufweisen und durch die außerhalb 50 dieses axialen Durchganges, vorzugsweise durch vom kalten bis zum heißen Steinende durchgehende Kanäle, ein Kühlmedium eingeblasen wird, und dieses Verfahren besteht in seinem Wesen darin, daß das Kühlmedium durch einen den axialen Durchgang konzentrisch umschließenden Ringspalt und ferner auch außerhalb dieses Ringspaltes zumindest in dem Bereich rings um diesen, vorzugsweise im gesamten restlichen Teil des betreffenden Gasspülsteines, durch Poren oder parallel zu dem Ringspalt verlaufende durchgehende Kanäle eingeblasen wird. 55 Zusammen mit dem Sauerstoff und/oder mit dem Kühlmedium können gewünschtenfälls auch andere Gase oder auch feingepulverte feste Stoffe, wie kaustische Magnesia, Kalk, Steinkohle und andere für den betreffenden Prozeß dienende Materialien, eingebracht werden. Der Feststoffanteil soll im allgemeinen nicht mehr als 20 Gew.-% < des Trägergasstromes ausmachen. y

Das erfindungsgemäße Verfahren ist an sich in allen Einrichtungen für Hochtemperaturreaktionen unter 60 Verwendung von Sauerstoff, einschließlich von z. B. Glaswannenöfen und Kohlevergasungsreaktoren, geeignet, ist aber besonders für metallurgische Öfen und Gefäße, insbesondere für Konverter zum Frischen von Roheisen, Roheisenpfannen, Gießpfannen und Zwischengefäße (Tundish) oder Lichtbogenöfen, von Bedeutung. -2-

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Der Gasspülstein für die Durchführung dieses Verfahrens weist einen von einem inneren Rohr gebildeten axialen Durchgang, ein dieses innere Rohr konzentrisch unter Bildung eines Ringspaltes umschließendes äußeres Rohr und ferner mehrere vom kalten bis zum heißen Steinende durchgehende Kanäle auf und hat gewünschtenfalls zumindest am unteren Teil seiner Seitenflächen und ferner an seinem kalten Steinende eine Blechummantelung, und dieser Stein ist dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Kanäle parallel zu den den axialen Durchgang und den Ringspalt bildenden Rohren, vorzugsweise Metallrohren, verlaufen und zumindest in dem Bereich allseitig rings um den Ringspalt angeordnet sind. Zweckmäßig haben die durchgehenden Kanäle Innendurchmesser von 1 bis 4 mm und sind von Metallröhrchen, insbesondere aus Stahl, gebildet. Bei einer besonderen Ausführungsform hat der Gasspülstein an seinem kalten Steinende eine Gasverteilungskammer, die mit Leitungen für die Zuführung der gewünschten Behandlungsstoffe ausgestattet ist. Zur Erhöhung der Sicherheit der Durchführbarkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung kann in verschiedenen oder in allen Gasspülsteinen auch noch eine Einrichtung zur Feststellung der Reststeinstärke, das heißt also der Steinstärke, die für eine klaglose Verwendung des Steines gerade noch ausreicht, vorhanden sein. Zu diesem Zweck weist ein Gasspülstein an seinem kalten Steinende ein durch eine Gaszuleitung unter Gasdruck gehaltenes Röhrchen auf, das sich vom kalten Steinende in Richtung zum heißen Steinende nur bis zur Höhe der vorbestimmten Reststeinstärke erstreckt, in dieser Höhe zugeschweißt und an seinem anderen Ende mit einer Gaszuleitung verbunden ist. In der Gaszuleitung ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines optischen oder akustischen Signals angeordnet, die dann, wenn in der Gaszuleitung ein Druckabfall eintritt, ein solches Signal auslöst. Dies ist der Fall, wenn das zugeschweißte Ende der Meßeinrichtung im Zuge des Verbrauches des Steines bei seiner Verwendung geschmolzen wird und Gas aus dem unter Gasdruck gehaltenen Röhrchen entweicht.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine wesentlich bessere Führung eines Sauerstoffstromes in z. B. ein zu behandelndes Schmelzbad erreicht, gleichzeitig wird das feuerfeste Material in der Umgebung der Stelle, an der die Sauerstoffzufuhr erfolgt, sehr gut gekühlt, so daß eine bessere Abschirmung gegen die .beim Einblasen von Sauerstoff entwickelten höheren Temperaturen bewirkt und eine längere Lebensdauer der Gasspülsteine erreicht wird. In Elektroofen kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Verkürzung der Einschmelzzeit sowie eine Verminderung der Feinungszeit und dadurch eine beträchüiche Energieeinsparung erreicht werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen ein Ausführungsbeispiel für einen Gasspülstein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. Dabei zeigt Fig. 1 im Längsschnitt einen Gasspülstein mit rechteckiger Grundfläche und konvergierenden Seitenflächen mit einer Gasverteilungskammer und Leitungen für die Zuführung von Behandlungsstoffen, und Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie (II-II) in Fig. 1.

Der in Fig. 1 mit (1) bezeichnete Gasspülstein weist Kanäle (2) auf, die von seinem kalten Steinende (3) bis zum heißen Steinende (4) durchgehen und parallel zu einem zentrisch axial verlaufenden inneren Rohr (5) und dieses konzentrisch umschließenden äußeren Rohr (6) verlaufen. Vorzugsweise bestehen diese beiden Rohre aus Metall, doch sind auch Rohre aus keramischem Material geeignet. Das innere Rohr (5) bildet einen axialen Durchgang (7), und zwischen diesem inneren Rohr und dem äußeren Rohr (6) ist ein Ringspalt (8) vorhanden. Die Kanäle (2) können gleichfalls von Röhrchen aus Metall oder keramischem Material gebildet oder aber sogenannte gerichtete Poren sein. Ihr Innendurchmesser kann z. B. 1 bis 4 mm, der des inneren Rohres (5) 4 bis 20 mm betragen, und der Ringspalt (8) kann 0,5 bis 3 mm haben.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Gasspülstein (1) an seinem kalten Steinende (3) mit einer Gasverteilungskammer (9) ausgestattet, die ein Gaszuführungsrohr (10) mit einem Anschluß (11) zum Einfuhren von Kühlmedium, gewünschtenfalls zusammen mit Behandlungsstoffen, und einem Anschluß (12) zum Zuführen von Sauerstoff oder Mischungen von Sauerstoff mit anderen Gasen und/oder mit festen Behandlungsstoffen zu dem axialen inneren Rohr (5) aufweist. Als Behandlungsstoffe bzw. feste Stoffe können z. B. kaustische Magnesia, Kalk und Kohle in fein verteilter Form eingebracht werden. Alle Kanäle oder durchgehenden Poren (2) und das axiale äußere Rohr (6) sind mit der Gasverteilungskammer (9) gasdicht verbunden; sofeme die genannten Teile aus Stahl bestehen, erfolgt die Verbindung am besten durch Verschweißen. Das zentrische Rohr (5) hat eine solche Länge, daß es über das kalte Steinende (3) hinausgehend durch die Gasverteilungskammer (9) und das Gaszuführungsrohr (10) durchgeht und direkt mit dem Anschluß (12) verbunden ist.

In dem Gasspülstein (1) kann an dessen kaltem Steinende (3) eine Meßeinrichtung (13) vorhanden sein, die sich in Richtung zum heißen Steinende (4) nur bis zur Höhe der vorbestimmten Reststeinstärke erstreckt, also bis zu der Höhe, die der für eine klaglose Verwendung des Steines gerade noch ausreichenden restlichen Steinstärke höchstens entspricht. Bei dem dargestellten Beispiel ist diese Meßeinrichtung (13) von einem Röhrchen gebildet, dessen bis zur Höhe der Reststeinstärke reichendes Ende mit (14) bezeichnet ist und dessen anderes Ende mit einer Gaszuleitung (15) verbunden ist. Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Meßeinrichtung (13), z. B. ein Röhrchen mit einem Durchmesser von 1 bis 3 mm, an ihrem Ende (14) zugeschweißt und wird durch die Gaszuleitung (15) mit einem neutralen Gas unter Druck, beispielsweise einem Druck von 5 bis 15 bar, gehalten. Wenn der Stein bei seiner Verwendung bis zur Höhe des Endes (14) der Meßeinrichtung (13) aufgebraucht wird, wird deren zugeschweißtes Ende (14) aufgeschmolzen, und das in dieser Einrichtung enthaltene Gas strömt aus. Der dadurch bewirkte Druckabfall in der Gaszuleitung (15) kann zur Erzeugung eines optischen oder akustischen Signals verwendet werden, und dann können erforderliche Maßnahmen, z. B. eine Abschaltung der Sauerstoffzufuhr und Umschaltung auf ein Kühlgas, ergriffen werden. -3-

Claims (6)

1. AT 394 731 B PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Einblasen von Behandlungsstoffen in bei hohen Temperaturen betriebene Reaktionsgefäße, insbesondere in metallurgische Öfen und Gefäße, unter Verwendung von feuerfesten Gasspülsteinen, die einen axialen Durchgang, durch den Sauerstoff eingeführt wird, aufweisen und durch die außerhalb dieses axialen Durchgangs, vorzugsweise durch vom kalten bis zum heißen Steinende durchgehende Kanäle, ein Kühlmedium eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium durch einen den axialen Durchgang konzentrisch umschließenden Ringspalt und ferner auch außerhalb dieses Ringspaltes zumindest in dem Bereich rings um diesen, vorzugsweise im gesamten restlichen Teil des betreffenden Gasspülsteines, durch Poren oder parallel zu dem Ringspalt verlaufende durchgehende Kanäle eingeblasen wird.
2. 2. Gasspülstein zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, der einen von einem inneren Rohr gebildeten axialen Durchgang, ein dieses innere Rohr konzentrisch unter Bildung eines Ringspaltes umschließendes äußeres Rohr und ferner mehrere vom kalten bis zum heißen Steinende durchgehende Kanäle aufweist und gewünschten-falls zumindest am unteren Teil seiner Seitenflächen und ferner an seinem kalten Steinende eine Blechummantelung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Kanäle (2) parallel zu den den axialen Durchgang (7) und den Ringspalt (8) bildenden Rohren (5, 6), vorzugsweise Metallrohren, verlaufen und zumindest in dem Bereich allseitig rings um den Ringspalt (8) angeordnet sind.
3. 3. Gasspülstein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Kanäle (2) Innendurchmesser von 1 bis 4 mm haben.
4. 4. Gasspülstein nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Kanäle (2) von Metallröhrchen, insbesondere aus Stahl, gebildet sind.
5. 5. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er an seinem kalten Steinende (3) eine Gasverteilungskammer (9), die mit Leitungen (10,11,12) für die Zuführung von Behandlungsstoffen versehen ist, aufweist
6. 6. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er an seinem kalten Steinende ein durch eine Gaszuleitung (15) unter Gasdruck gehaltenes Röhrchen (13) aufweist, das sich vom kalten Steinende (3) in Richtung zum heißen Steinende (4) nur bis zur Höhe der vorbestimmten Reststeinstärke erstreckt, in dieser Höhe zugeschweißt (14) und an seinem anderen Ende mit einer Gaszuleitung (15) verbunden ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-