DD284054A5 - Duese zum einblasen von gasen in eine metallschmelze - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Duese, insbesondere zum Einblasen von Gasen in eine Metallschmelze und ein Verfahren zum Einblasen von Gasen. Die Duese ist mit koaxialen Rohren (1; 2) und Stroemungsraeumen (3; 4) zwischen diesen Rohren ausgestattet, die ihrerseits mit Wirbelkammern (11) in Verbindung treten. Die Duese ist erfindungsgemaesz so ausgebildet, dasz sie ein oder mehrere koaxiale Rohre (1; 2) und/oder einen kegeligen keramischen Koerper aufweist, der einen Rohrhohlraum (3) und/oder einen oder mehrere Kanaele zwischen den keramischen Rohren (1; 2) aufweist, wobei gegebenenfalls zwischen diesen und dem keramischen Koerper zylindrische oder kegelige Stroemungsraeume (4) mit ringfoermigem Querschnitt gebildet werden, wobei ferner Armaturen (5; 7) vorgesehen sind, die die keramischen Rohre (1; 2) haltern und mit dem Rohrhohlraum * den Kanaelen und/oder den Stroemungsraeumen (4) ueber die Wirbelkammern (11) in Verbindung stehen. Das Verfahren ist z. B. bei Siemens-Martin-OEfen oder Elektrooefen zum gleichzeitigen Einleiten verschiedener Medien, wie Oxidationsmittel, Schutzgas und/oder Kuehlmittel geeignet. Die Duese ist sehr verschleiszfest und selbstregulierend; bei geeigneter Ausbildung ist ein Auswechseln waehrend des Ofenbetriebes moeglich. Fig. 1{Duese; Einblasen; Gase; Metallschmelze; Verfahren; koaxiale Rohre; keramisch; Stroemungsraum; Oxidationsmittel; Schutzgas; Kuehlmittel; Lebensdauer}

Description

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Düse, insbesondere zum Einblasen von Gasen in e;ine Metallschmelze und Verfahren zum Einblasen von Gasen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Düse, insbesondere zum Einblasen von Gasen in eine Metallschmelze, die mit koaxialen Rohren und Strömungsräumen, die dazwischen angeordnet sind, und mit damit verbundenen Wirbelkammern ausgestattet ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einblasen von Gasen in eine Metallschmelze mittels dieser Düse,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Reinigung der Metallschmelze in der Eisenindustrie und der Metallurgie werden, um Metalle mit hoher Reinheit herzustellen, unerwünschte begleitende und verunreinigende Elemente, v/ie beispielsv/eise Schv/efel, Phosphor, in bestimmten Fällen Kohlenstoff, Silizium, Mangan, usw., beseitigt, und

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zwar mittels der unmittelbaren Oxidation mit Sauerstoff, Kohlendioxid ebenso wie - gemeinsam mit dem vorangehend Erwähnten - kombiniert mit aggressiven Sauerstoffradikalen von hohem Reaktionsvermögen, beispielsweise Ozon, indem diese Gase in die Schmelze eingeblasen werden.

Mehrere Versionen von Düsen, die für diesen Zweck geeignet sind, wurden entwickelt; ein Teil dieser ist auch gut zum Einblasen von (zusätzlich zu den oxidierenden Gase ) anderen Gasen zum Schützen der Düse geeignet. Als zusätzliche Gase seien Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, Erdgas, Wassernebel, Dampf, Luft usw. genannt. Sie werden hierbei durch einen getrennten Kanal zugeführt. Ferner sind Düsen bekannt, die für den Schutz von feuerfesten Auskleidungen und vor allem für die Entgasung der Metallschmelze und das Einführen von pulverisierten Reagentien in die Metallschmelze geeignet sind.

Die DE-OS 4401466 und 2946030 beschreiben Düsen für Sauerstoff, die aus Metall hergestellt sind, wobei diese mindestens drei konzentrische Rohre aufweisen; das mittlere Rohr liefert das oxidierende Gas, während durch die Zwischenräume mit ringförmigem Querschnitt die Schutzgasatmosphäre, bestehend aus Kohlenwasserstoffen bzw. neutralen Gasen, in die Schmelze eingeblasen v/ird.

Die Nachteile der bekannten Düsen liegendarin, daß infolge des verwendeten Materials, der komplizierten Konstruktion und der Punktion ein schneller Verschleiß auftritt und die Lebensdauer ziemlich kurz ist.

Ziel der Erfindung

Da3 Ziel der Erfindung liegt in der Entwicklung einer Düse und eines Verfahrens zum Einblasen von Gasen in eine Metallschmelze, durch die eine Verbesserung der Technologie, eine Verlängerung der Lebensdauer der Düse und eine Vereinfachung

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des Düsenaufbaus erreicht werden. Ein weiteres Ziel liegt in der Verbesserung der Abkühlung der Ofenwand, insbesondere in der Umgebung der sogenannten Wärmestaustellen, und gleichzeitig in der Reduzierung des spezifischen Sauerstoffverbrauchs ebenso wie der Menge der Formpreßmaterialien und feuerfeuten Substanzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung, die die Düse betrifft, basiert auf der Erkenntnis, daß die Lebensdauer derselben beträchtlich verlängert werden kann, wenn sie aus einfach r-ostalteten Elementen besteh., die aus Metalloxiden hoher Reinheit hergestellt v/erden, die mit niedrigen Kosten hergestellt werden, bzw. aus Karbiden (außerdem Keramik); diese Materialien sind gegen die aggressiven oxidierenden Gase selbst bei hohen Temperaturen dauerhaft beständig. Von den Metalloxiden können hauptsächlich Aluminiumoxidkeramikmaterialien eingesetzt v/erden, von den Karbiden MgO-G, Al₂O₃-O und MgO-Al₂O₃-C.

Das Verfahren zum Einblasen von Gasen mittels der neuen Düse basiert auf der Erkenntnis, daß durch die richtige Verwendung von Kohlendioxid eine Gasselbstregulierung der Düse erreicht werden kann, daß der Betrieb der technischen Ausrüstungen und die Wärmeausnutzung automatisiert werden können und zwar auch bei den gegenwärtig betriebenen Siemens-Martin-Öfen. Außerdem gelangt man zu der Erkenntnis, daß Kohlendioxidgas, das für die Abkühlung eingeführt wurde, in bedeutendem Umfang im Verlauf der metallurgischen Prozesse g-enutzt werden kann, und daß das besagte Gas gut als Trägersubstanz für die Einführung von pulverisierten Reagentien in die Metallschmelze genutzt werden kann, und daß das Kohlendioxid im Verlauf der Desoxidation und Veredlung erfolgreich als Mischgas verwendet v/erden kann.

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Kohlendioxidgas kann aus den Anlagen der chemiachen Industrie als Produkt oder Nebenprodukt erhalten werden, z.B. aus Erdgasen auf Kohlendioxidbasis oder als Kohlendioxid, das aus Abgasen und bei der Zersetzung von organischen Substanzen zurückgewonnen wird.

Bin wesentliches Merkmal der Düse entsprechend der Erfindung liegt' darin, daß sie eine oder mehrere koaxiale keramische Rohre bzw. kegelige keramische Körper aufv/eist, und außerdem darin, daß zwischen den keramischen Rohren bzw. zwischen den besagten Rohren und dem keramischen Körper Strömungsräume mit einem ringförmigen, zylindrischen oder kegeligen Querschnitt vorgesehen sind. Ferner sind Armaturen zum Befestigen de..· keramischen Rohre an den Düsen vorha-iden, vorzugsweise mit hitzebeständigem Klebstoff, wodurch die Verbindung mit den Rohrhohlräumen, Kanälen und bzv/. Strömungsräumen durch die Wirbe]kammern bewirkt wird; die Innenflächen der Armaturen sind gegebenenfalls mit einem geeigneten synthetischen Material, feuerfesten Material oder mit keramischen Materialien " beschichtet.

Der kegelige keramische Körper ist in einem hitzebeständigen Kegel angeordnet, der in die Ofenwand oder in die Brenner eingebaut ist. Zwischen ihnen und dem keramischen Körper können Strömungsräume mit einem ringförmigen oder kegeligen Querschnitt gebildet werden; die kegeligen keramischen Körper können Kanäle einschließen.

Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung liegt darin, daß durch den Rohrhohlraum des keramischen Rohres der selbstregulierenden Düse, angeordnet im feuerfesten nicht gepreßten Boden des Ofens oder in der Ofenwand, das oxidierende Gas unterhalb des Niveaus der Metallschmelze eingeführt wird, während durch den Strömungsraum bzw. die Kanäle die Kühlmittel und gegebenenfalls durch den Rohrhohlraum das Kohlen-

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dioxid, Erdgas oder die pulverisierten Reagentien mit einem bestimmten Trägergas in die Metallschmelze eingeblasen werden.

Als oxidierendes Gas v/erden Sauerstoff, Ozon, Luft, Kohlendioxid oder eine Mischung davon eingeführt, als Kühlmittel werden Kohlendioxid, Erdgas, Hydroxylverbindungen, Stickstoff, Argon oder gegebenenfalls eine Mischung davon eingeführt, oder es werden sauerstoffhaltige organische Verbindungen, vorzugsweise Ester, Ketone, Äther, organische Säuren oder Peroxide, Aldehyde oder Mischungen davon in die Metallschmelze eingeblasen.

Als pulverisierte Reagentien werden Ferrolegierungen, desoxidierende Mittel, schlackebildende Mittel, pulverisierte Kohle, pulverisierte Braunkohle und Kalk, pulverisiertes Eisenerz, Raffinerie- bzw. Hüttenschlacke, die von den Walzwerken kommt, gemahlene Lötschlacke oder gegebenenfa?.ls eine Mischung davon mit einem Trägergas in die Metallschmelze eingeblasen.

Im Rohrhohlraum der selbstregulierenden Düse, in den Strömungsräumen und Kanälen können die vorherrschenden Drücke maximal um - 20 % voneinander abweichen, und die Stromungsquerschnitte sollen so begrenzt werden, daß die Menge des Kühlgases, d.h. der Durchfluß, 40 bis 60 Volumeneinheiten in % des oxidierenden Gases beträgt.

Um den Ofen schnell abzukühlen, wird Kohlendioxid durch den Rohrhohlraum der Düse, die Strömungsräume und die Kanäle in den Ofenraum eingeblasen.

Im Rohrhohlraum der Düse kann die Strömungsgeschwindigkeit gleich der Schallgeschwindigkeit sein oder diese überschreiten.

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Ausführungsbe!spiele

Anhand von Beispielen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen, also die Fig. 1 bis 11, zeigen verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Düse.

Die Düse entsprechend den Fig. 1 und 2 besteht aus einem inneren keramischen Rohr 1 und einem äußeren keramischen Rohr 2. Der Rohrhohlraum 3 des inneren keramischen Rohres 1 leitet die oxidierenden Gase, während der Strömungaraum 4 zwischen den keramischen Rohren 1 und 2, der einen ringförmigen Querschnitt aufweist, die Schutz-, Kühl-, bzv/. Heizgase v/eiterleitet.

Das innere keramische Rohr 1 ist an einer Armatur 5 mit einer Befestigungsvorrichtung 6 befestigt. Das äußere keramische Rohr 2 ist an einer Armatur 7 unter Verwendung von feuerfesten Klebstoffen befestigt. Die Armatur 5 drückt gegen eine Mutter 8, die mittels eines Schraubgewindes 9 mit der Armatur 7 verbunden ist. Eine Dichtung 10 ist zwischen der Armatur 7 und der Mutter 8, die das keramische Rohr 1 festklemmt, angeordnet. Die Innenflächen der Armaturen 5 und 7 können mit keramischem Material, einem bestimmten synthetischen Material und/oder einer geeigneten hitzebeständigen Schut^oeschichtung überzogen sein.

Die oxidierenden Gase, die über die Armatur 5 eingeführt werden, strömen durch den Rohrhohlraum 3 "des keramischen Rohres 1, während die Schutzgase, die über die Armatur 7 zugeführt v/erden, üh3r eine Wirbelkammer 11 und den Strömungsraum 4 in die Metallschmelze gelangen.

Die beschriebene Ausführungsform der Düse kann mi£ Vorteil bei Siemens-Martin-Öfen mit einem Fassungsvermögen von 100

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bis 200 t oder in Sauerstoffkonvertern und Elektroöfen mit einem Fassungsvermögen von 50 bis 100 t eingesetzt werden.

Bei der Auaführungsform gemäß Pig. 3 und 4 führt der Rohrhohlraum .3 eines keramischen Rohres 12 oxidierende Gase ein, während die Kanäle 13 Schutz- bzw. Kühlgase in die Metallschmelze einleiten. Das keramische Rohr 12 ist /on innen an der Armatur 5 und außen an einer Armatur 14 befestigt, wobei ein geeigneter feuerfester Klebstoff verwendet wird. Die Zuflußbohrung der Armatur 5 ist durch einer. Überzug 15 aus synthetischem oder keramischem Material geschützt.

Die soeben erläuterte Ausführungsform der Düse kann einfach hergestellt werden; ihre Lebensdauer ist groß. Die Düse kann mit Vorteil in »Siemens-Martin-Öfen und Sauerstoffkonvertern mit einem Passungsvermögsn von weniger als 100 t und in Elektroöfen mit einem Fassungsvermögen von 10 bis 20 t eingesetzt werden. Sie ist außerdem zum Einbauen ohne Formpressen oder mit nur geringfügigem Formpressen gut geeignet.

Die Variante gemäß Fig. 5 und 6 stellt eine Kombination der vorangehend beschriebenen beiden Ausführungsformen dar. Getrennte Schutz-, Kühl- und/oder Heizgase werden durch die Kanäle 13 des inneren keramischen Rohres 1 und den Strömungsraum 4 zur Metallschmelze geleitet und zwar über die Armatur zum Strömung3raum 4 und über dio Wirbelkammer 11 der Armabur in die Kanäle 13·

Diese Ausführungsfomi kann mit Vorteil bei Siemens-Martin-Öfen mit einem Fassungsvermögen von über 200 t oder bei Elektroöfen mit einem Fassungsvermögen von über 150 t eingesetzt werden.

Die AusführungsVariante entsprechend Fig. 7 und 8 weicht von der Version nach Fig. 1 und 2 insoweit ab, als Kanäle 13 im inneren keramischen Rohr gebildet werden.

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Diese Ausführung wird bevorzugt bei Siemens-Martin-Öfen mit kleineren Kapazitäten, in Sauerstoffkonvertern und Elektroöfen eingesetzt werden, wo die Herstellung von legierten und hochwertigen Stählen den Einsatz von Düsen erfordert und eine sichere Betriebsweise und eine intensive Abkühlung, die durch die hohen mechanischen, chemischen und Wärmebelastungen erforderlich ist, besonders wichtig sind. Eine weitere Forderung liegt bei diesen Anlagen in der Stabilisierung der Temperatur der Metallschmelze, der Abriebbeständigkeit, der langen Lebensdauer und dem erhöhter. Schutz der Düse und des flammfesten Materials.

Bei der Ausführung entsprechend Fig. 9 und 10 dient eine Armatur 16 für die Zuführung der oxidierenden Gase, währene eine Armatur 17 die Kühlgase transportiert. Ein keramisches Rohr 18, das die oxidierenden Gase weiterleitet, ist in der Armatur 16 befestigt. Die Armatur 17 ist mit einem feuerfesten Kegel 19 verbunden, wcV>ei dieser Kegel in die Ofenwand eingelassen ist. Der keramische Körper 20 in Frrm eines Kegelstumpfes ist mittels eines feuerfesten Klebstoffes befestigt. Die Kanäle 21 werden im keramischen Körper 20 gebildet.

Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß die Düse während des Betriebes ausgetauscht werden kann.. Ein verschlissener oder beschädigter keramischer Körper 20 kann zusammen mit dem feuerfesten Kegel 19 herausgenommen, also entfernt und ausgewechselt werden.

Diese Ausführungsvariante kann mit Vorteil bei Siemens-Martin-Öfen mit hoher Leistung, Sauerstoffkonvertern und Elektroöfen eingesetzt werden, bei denen anhaltende örtliche Überhitzungen auftreten und überall dort, wo der Austausch der Düse v/äbrend des Betriebes vom Wichtigkeit ist.

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Pig. 11 veranschaulicht eine verbesserte Version der soeben beschriebenen Version. Der Brenneratein 22 ist in die Ofenwand eingebaut, die den kegeligen Körper so aufnimmt, daß ein kegeliger Strömungsraum 23 mit einem ringförmigen Querschnitt zwischen dem kegeligen Körper und dem Brennerstein 22 gebildet wird. Der keramische Körper 20 ist an der verbindenden Armatur 24 mittels eines feuerfesten Klebstoffs befestigt. Der Verschlußdeckel 25 mit dem Brennerstein 22 ist am Abstandshalter 26 mittels oiner Schraubverbindung befestigt.

Die Kanäle 13» die mit der Wirbelkammer 27 in Verbindung stehen, werden im keramischen Körper 20 gebildet, während der kegelige Strömungsraum 23 mit der Wirbelkammer 28 in Verbindung steht. Über die Armatur 29 zur Wirbelkammer 27 und über die Armatur 30 zur Wirbelkammer 28 können verschiedene Schutzgase bzw. Kühlmittel geleitet werden. Die oxidierenden Gase v/erden über den Rohrhohlraum 3 eingeführt,

Beispiel 1

Es wurde eine versuchsweise Stahlschmelze in einem Ofen mit einem Volumen von 200 kg durchgeführt, indem 60 kg Eisenschrott, 140 kg flüssiges, graues Roheisen und 10 kg Konverterkalk geschmolzen wurden. Oxidierendes Gas -- im vorliegenden Beispiel reiner Sauerstoff - und Kühlgas Kohlendioxid - wurden mit zv/ei traditionellen Düsen, die aus Metallrohren zusammengebaut wurden, in das Stahlbad geleitet. Der Außendurcbmesser des äußeren Rohres der Düsen betrug 12 nun, der Innendurchmesser 9 mm, die Wanddicke 1,5 mm. während der Außendurchmesser des inneren Rohres 8 mm betrug, der Innendurchmesser 6 mm und die Wanddicke 1 mm. Der Strömungsraum zwischen den beiden Rohren zeigte einen ringförmigen Querschnitt mit einer Spaltbreite von 1,5 mm. Das oxidierende Gas wurde durch den Hohlraum des inneren Rohres geblasen, während das

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Kühlgas durch den Strömungsraum zwischen den beiden Rohren geführt bzw. geblasen wurde.

Nachdem man den Stahl abgelassen hatte, belief sich der gemessene Verschleiß der einen der Düsen auf 16 mm, während der Abrieb der anderen bei 20 mm lag.

Beispiel 2

Man ging wie im Beispiel 1 vor, jedoch mit dem Unterschied, daß als oxidierendes Gas Sauerstoff verwendet wurde, der 1,5 Vol.-% Ozon enthielt. Nachdem der Stahl abgelassen wurde, betrug der Verschleiß der einen Düse 65 mm, der der zweiten 82 mm.

Beispiel 3

Es wurde wie im Beispiel 1, jedoch mit dem Unterschied gearbeitet, daß die Gase in das Stahlbad mittels einer Düse entsprechend den Fig. 7 und 8 mit einem Gehalt von 98 Volumenanteilen in % AIpO-, eingeleitet wurden.

Der Außendurchmesser des keramischen Rohres 2 der Düse belief sich auf 15 mm (extern liegendes Rohr), der Innendurchmesser betrug 11 mm, während der Außendurchmesser des inneren keramischen Rohres 1 8,5 mm betrug, und der Durchmesser der vier Kanäle 13, die darin enthalten waren, 1,5 mm betrug. Die Spaltgröße des Strömungsraumes 4 zwischen den keramischen Rohren 1 und 2 betrug 1,25 mm. Das oxidierende Gas floß durch die Kanäle 13> das Kühlgas durch den Strömungsraum 4 in das Stahlbad.

Nachdem der Stahl abgelassen wurde, lag der Verschleiß der Düse zwischen 1 und 2 mm.

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Beispiel 4

Analog Beispiel 3 wurde mit dem Unterschied fortgefahren, daß als oxidierendes Gas Sauerstoff mit einem Ozongehalt von 1,5 Volumenanteilen in % eingesetzt wurde.

Nachdem der Stahl abgelassen wurde, entsprach der Verschleiß dem' des Beispiels 3·

Beispiel 5

Es wurde wie im Beispiel 3 ^arbeitet, mit dem Unterschied, daß als Kühlgas durch eines der beiden keramischen Rohre Kohlendioxid und durch das andere Rohr Stickstoff geleitet wurde. Vor dem Ablassen wurde die Desoxidation im Ofen mit PeMh durchgeführt. Nach dem Ablassen wurde der Stahl in der Gießpfanne mit PeSi benetzt.

Nachdem der Stahl abgelassen wurde, war der Verschleiß der Düsen unterschiedlich; wo eine Abkühlung mit Kohlendioxid erfolgte, betrug er 1 bis 2 mm, wo Stickstoff benutzt wurde, betrug er 2 bis 3 mm.

Wie aus den Beispielen ersichtlich, ist im Vergleich zum Verschleiß der traditionellen Metalldüsen der Verschleiß der keramischen Düsen vernachlässigbar, wenn reiner Sauerstoff, insbesondere Sauerstoff, der Ozon enthält, verwendet wird.

Beispiel 6

Eine Düse entsprechend einer der Fig. 1 bis 8 wurde am Ofenboden in der feuerfesten gepreßten Schicht, befestigt, während eine Düse entsprechend einer der Fig. 9 bis 11 in der Ofenv/and unterhalt? des Niveaus der Metallschmelze eingebaut wurde.

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Das oxidierende Gas wurde durch den Rohr-Hohlraum 3 des keramischen Rohres der Düse in das Stahlbad geblasen, während das Kühlgas durch den Strömungsraum bzw. die Kanäle

13 eingeführt wurde.

Als oxidierendes Gas Wurde, je nach Bedarf, Sauerstoff, Ozon, Luft, Kohlendioxid bzw. deren Mischung eingesetzt. Als Kühlgas, das ein Schutzgas oder irgendein anderes Reagens sein konnte, wurdaiKohlendioxid, Erdgas, Hydroxylverbindungen, Stickstoff, Argon, brennbare Gase bzv/. deren Mischung eingeblasen.

Beispiel 7

Durch Verwendung von Kohlendioxid oder eines inerten Trägergases werden pulverisierte Reagentien durch den Rohrhohlraum 3 der Düse in das Stahlbad eingeführt. Als pulverisierte Reagentien v/erden Ferrolegierungen, desoxidierende Mittel, Schlackebildner, pulverisierte Kohle, pulverisierte Braunkohle, pulverisiertes Eisenerz, Hüttenschlacke von Walzwerken, gemahlene Lötschlacke und/oder deren Mischung eingesetzt.

Beispiel 8

Durch eine Düse gemäß Fig. 5 und 6, d.h. durch eine Armatur 5, die mit einem Schutzüberzug 15 ausgestattet war, wurde oxidierendes Gas mit einem Ozongehalt von über 10 Volumen« anteilen in % in die Schmelze eingeblasen. Die Intensität der Kühlung wurde durch Einblasen von Hydroxyl verbindungen über die Armatur 7 und den Strömungsraum Δ gefördert, da die Dissoziationsv/ärme der Hydroxyl verbindungen höher liegt als die des Kohlendioxids. Gleichzeitig wurde durch die Armatur

14 flüssiges oder gasförmiges Kohlendioxid in die Schmelze eingeblasen. Dies erfolgte anstelle des sonst üblichen

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Einsprühens von Wasser oder Dampf, wodurch die Gefahr von Unfällen und von Verunreinigungen durch Wasserstoff verringert wurde.

Durch, den Strömungsraum 4 der Düse bzw. die Kanäle 13 wurden als Kühlmittel sauerstoffhaltige organische Verbindungen, wie beispielsweise Ketone, Ester, Äther, organische Säuren, Peroxide, Aldehyde und/oder Gemische davon in die Schmelze eingeblasen. Sauerstoffradikale, die von den verwendeten organischen Verbindungen freigegeben wurden, und zwar bei der Temperatur der Metallschmelze, nahmen mit vorteilhafter Wirkung an den metallurgischen Prozessen teil.

Beispiel 9

Um eine optimale Leistung und Selbstregulierung der Düse im Rohrhohlraum 3» in den Strömungsräumen 4 und 23 und in den Kanälen 13 und 21 zu sichern, dürfen die Drücke voneinander um höchstens - 20 % abweichen. Durch eine geeignete Dimensionierung des Querschnittes der Strömungsräume 4 und 23, des Rohrhohlraumes 3 und geeignete Wahl der Anzahl und der Querschnitte der Kanäle 13 und 21 können die Werte so eingestellt v/erden, daß 40 bis 60 Volumenanteile in % als Menge der Kühlgase erhalten werden. -Diese Bedingungen gelten auch für den Fall, wenn die Geschwindigkeit des Gases im Rohrhohlraum gleich der Schallgeschwindigkeit ist oder diese überschreitet.

Bei Vorliegen richtiger Bedingungen erfolgt die Selbstregulierung der Düse so, daß unter der Kühlwirkung der Kühlgase, die durch die Strömungsräume 4 oder 23 bzw. die Kanäle 13 oder 21 eingeblasen wurden, am Austritt der Gase Metallprofile aus einer festen Ansammlung gebildet v/erden, die die Austrittsöffnungen verstopfen. Wenn die Kühlung ver-

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ringert wird, werden die Metallprofile, die die Öffnungen verschließen, schmolzen und danach v/ird der Prozeß zyklisch wiederholt,

Beispiel 10

Nach dem Aufhören des Betriebes des Ofens, um eine schnelle Abkühlung und einen verringerten Aufwand bei der Inatandhaltung zu erreichen, wird Kohlendioxid durch den Rohrhohlraum 3 der Düse, die Strömungsräume 4 und bzw· 23 sowie die Kanäle 13» 21 in die Ofenkammer geblasen.

Die Hauptvorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung können v/ie folgt zusammengefaßt werden:

Die Lebensdauer der keramischen Düsen, die verschleißfest sind, wird verlängert. In einem bestimmten Fall kann sie sogar um Größenordnungen im Vergleich zu den traditionellen Lösungen verlängert v/erden. Es wird möglich, die Düsen v/ährend des Betriebes auszuwechseln. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der spezifische Sauerstoffverbrauch, die Menge an feuerfester Auskleidung und an Pormpreßmaterialien verringert werden kann.

Durch die Selbstregulierung der Düse v/ird eine Automatisierung der Öfen ermöglicht. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nimmt die Möglichkeit der Anwendung von Kohlendioxid, das in der Natur oder als Abprodukt bzwi Nebenprodukt der Industrie auftritt, ebenso v/ie von Erdgas auf Kohlendioxidbasis - als Ozonquelle, Misch-, Kühl- und Trägermedien - in beträchtlichem Maße zu. Mit deren Hilfe können feste pulverisierte Zusatzstoffe und Reagentien in das Stahlbad eingeführt und verteilt werden.

Das Verfahren kann mit Vorteil bei vorhandenen Öfen angewendet werden. Ein beträchtlicher Vorteil liegt darin, daß

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die Einführung von Wasser in Form eines Sprühnebels oder von Dampf, was ein hohes Unfallrisiko in sich birgt, entfallen kann, weil statt dessen Kohlendioxid als Trägermedium benutzt werden kann. Gleichzeitig können auch die qualitätsverschlechternden Wirkungen des Wasserstoffs beseitigt werden.

Durch Anwendung des Verfahrens wird ein schnelles Abkühlen und Entgasen nach dem Ablassen des Ofens möglich, indem Kohlendioxid bzw. ein inertes Gas in die Ofenkammer geblasen v/ird, was den Zeitaufwand erheblich verringert, der für die Instandhaltung und Reparatur benötigt v/ird. Schließlich ist die Düse zum Einblasen der Gase mit Schallgeschwindigkeit oder sogar mit einer noch höheren Strömungsgeschwindigkeit geeignet.

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   1. Düse, Insbesondere zum Einblasen von Gasen in eine Metallschmelze, die mit koaxialen Rohren und Strömungsräumen zwischen den genannten Rohren und damit verbundenen Wirbelkammern ausgestattet ist, dadurch, gekennzeichnet, daß sie •ein oder mehrere koaxiale keramische Rohre (1;2;12;18) und/oder einen kegeligen keramischen Körper (20) aufweist, der einen Rohrhohlraum (3) und/oder einen oder mehrere Kanäle (13;21) zwischen den keramischen Rohren (1;2;12;18) enthält, wobei gegebenenfalls zwischen diesen und dem keramischen Körper (20) zylindrische oder kegelige Strömungsräume (4) mit ringförmigem Querschnitt gebildet werden und wobei ferner Armaturen (5;7;14;1^;17;24;29;30) vorgesehen sind, die die keramischen Rohue (1;2;12;18) haltern und mit dem Rohrhohlraum (3), den Kanälen (13;21) und/oder den Strömungsräumen (4;23) über die Wirbelkammern (11;27;28) in Verbindung stehen.
2. 2. Düse nach Patentanspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die keramischen Rohre (1;2;12;18) in den Armaturen (5;7;14; 16;23;29;3O) mittels eines feuerfesten Klebstoffes befestigt sind.
3. 3. Düse nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Armaturen (5;16;24), die die oxidierenden Gase einführen, mit einem geeigneten synthetischen, feuerfesten Material oder keramischen Material ausgekleidet bzw. beschichtet sind.

   4· Düse nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet., daß der kegelige keramische Körper in einem feuerfesten Kegel (19), der in der Ofenwand vorgesehen ist, angeordnet ist, v/obei gegebenenfalls im keramischen Körper (20) Kanäle (21) gebildet sind.

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4. 5. Düse nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelige keramische Körper (20) im Bronneratein (22), der in der Ofenwand angeordnet ist, wobei eine Befestigung mittels der Armaturen (24529;30) erfolgte, angeordnet ist, und daß zwischen dem keramischen Körper (20) und dem Brennerstein (22) ein kegeliger Strömungsraum (23) mit "einem ringförmigen Querschnitt vorhanden ist.
5. 6. Verfahren zum Einblasen von Gasen in eine Metallschmelze mittels einer Düse, die ein oder mehrere koaxiale keramische Rohre und/oder einen kegeligen keramischen Körper auf v/eist, der einen Rohrhohlraurn und/oder einen oder mehrere Kanäle zwischen den keramischen Rohren enthält und/oder wobei zwischen diesen und dem keramischen Körper zylindrische oder kegelige Strömungsräume mit ringförmigem Querschnittgebildet v/erden, wobei ferner Armaturen vorgesehen sind, die die keramischen Rohre festhalten und mit dem Rohrhohlraum, den Kanälen und/oder den Strömungsräumen über Wirbelkammern in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rohrhohlraum des inneren Rohres der Düse, die am Boden des Ofens befestigt wurde, und zwar im feuerfesten Formpreßteil, oxidierendes Gas in das Stahlbad geführt wird, daß durch den Strömungsraum und/oder die Kanäle Schutz- bzw. Kühlmittel eingeführt werden, und daß außerdem gegebenenfalls durch den Rohrhohlraum Kohlerdioxid, Erdgas oder ein inertes Trägergas für das Einblasen von pulverisierten Reagentien bzw. Zusatzmi-tteln in das Stahlbad zugeführt wird.

   7« Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als oxidierendes Gas Sauerstoff, Ozon, Luft, Kohlen*- dioxid oder gegebenenfalls eine Mischung davon in das Stahlbad eingeblasen wird.

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6. 8. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutz- bzw. Kühlgas Kohlendioxid, Hydroxyverbindungen, Stickstoff, Argon oder deren Mischung in die Metallschmelze eingeblasen wird.
7. 9. Verfahren nach P atentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel sauerstoffhaltige organische Verbindungen, vorzugsweise Ketone, Ester, Äther, organische Säuren, Peroxide, Aldehyde oder deren Mischung in das Stahlbad eingeblasen werden.
8. 10. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß pulverisierte Reagentien bzw. Zusatzmittel in einem Trägergas durch Einblasen in die Metallschmelze eingebracht werden und zwar beispielsweise Eisenlegierungen, desoxidierende Mittel, Schlackebildnei, pulverisierte Braunkohle und Kalk, pulverisiertes Eisenerz, Hüttenschlacke von Y/alzwerken, gemahlene Lötschlacke oder deren Mischungen.
9. 11. Verfahren nach Patentanspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrhohlraum der selbstregulierenden Düse, im Strömungsraum und in den Kanälen der Unterschied zwischen den vorherrschenden Drücken nicht kleiner als -20 % bzw. größer als +20 % gewählt wird, wobei die Menge der Schutz- bzw. Kühlgase, d.h. der volumetrische Fluß, mit 40 bis 60 Volumenanteilen in % der oxidierenden Gase gewählt v/ird.
10. 12. Verfahren nach Patentanspruch 6 bis¹11, dadurch gekennzeichnet, daß, um eine schnelle Abkühlung des Ofens bzv/. Entgasung zu erreichen, Kohlendioxid in die Ofenkammer durch den Rohrhohlraum, die Kanäle und den Strömungsraum eingeblasen wird.

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    13· Verfahren nach Patentanspruch 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Rohrhohlraum gleich der Schallgeschwindigkeit ist oder diese übersteigt.

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