DE10103605B4

DE10103605B4 - Vorrichtung zum Einspeisen von festem Partikelmaterial in einen Kessel

Info

Publication number: DE10103605B4
Application number: DE10103605A
Authority: DE
Inventors: Martin Joseph Dunne
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd
Current assignee: Technological Resources Pty Ltd
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: CN1167930C; US20010015516A1; GB2360082A; GB2360082B; US6398842B2; GB0101484D0; CN1315649A; KR100767877B1; AUPQ532800A0; KR20010078132A; JP5004380B2; AU1110601A; JP2001226708A; CA2332724A1; DE10103605A1; AU777079B2; CA2332724C

Abstract

Eine metallurgische Lanze (27), die sich in einen Kessel zum Einspeisen von festem Partikelmaterial in geschmolzenes Material, welches sich in dem Kessel befindet, erstreckt, umfassend
ein Zentralkernrohr (31), durch welches festes Partikelmaterial geschickt wird,
eine ringförmige Kühlummantelung (32), die die Zentralkernröhre (31) im wesentlichen Tell ihrer Länge umgibt, wobei die Ummantelung (32) geformt ist durch die innere Röhre (43) und die äußere Röhre (42), die am vorderen Ende der Ummantelung (32) durch ein ringförmiges Endverbindungsteil (44) verbunden sind, um eine einzige hohle ringförmige Struktur (41) zu bilden, welche am vorderen Ende der Ummantelung (32) durch das ringförmige Endverbindungsteil (44) geschlossen ist, und eine längliche röhrenförmige Struktur (45), angeordnet in der hohlen ringförmigen Struktur (41) und die sich in dieser erstreckt, um das Innere der hohlen ringförmigen Struktur (41) zu teilen in eine innere längliche ringförmige Wasserflußpassage (46), angeordnet über der Kernröhre (31), und eine äußere längliche ringförmige...

Description

Technisches Gebiet
Vorliegende Erfindung, umfaßt eine metallurgische Lanze, welche sich in einen Kessel erstreckt um festes Partikelmaterial in den Kessel einzuspeisen. Eine Vorrichtung dieser Art kann zum Einspeisen von metallurgischem Beschickungsmaterial in das geschmolzene Bad eines Schmelzkessels zum Herstellen geschmolzenen Metalls, zum Beispiel in einem Direkt-Schmelzprozeß, genutzt werden.
Ein bekannter Direkt-Schmelzprozeß, der auf eine geschmolzene Metallschicht als Reaktionsmedium beruht und im Allgemeinen als HIsmelt-Prozess bezeichnet wird, ist in der internationalen Anmeldung PCT/AU96/00197 ( WO 96/31627 A1 ) in dem Namen der Anmelderin beschrieben.
Der HIsmelt-Prozess, wie in der Internationalen Anmeldung beschrieben, umfaßt:

(a) Bilden eines Bades aus geschmolzenem Eisen und Schlacke in einem Kessel;
(b) Einspeisen in das Bad:
(i) ein metallhaltiges Beschickungsmaterial, typischerweise Metalloxide; und
(ii) ein festes kohlenstoffhaltiges Material, typischerweise Kohle, welches als Reduktant der Metalloxide und als Energiequelle dient; und
(c) Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials zu Metall in der Metallschicht.

Die Bezeichnung ”Schmelzen” wird hierin als ein thermischer Prozeß verstanden, worin chemische Reaktionen, die Metalloxide reduzieren, stattfinden, um flüssiges Metall herzustellen.
Der HIsmelt-Prozeß umfaßt ebenso Nachverbrennungsreaktionsgase, wie CO und H₂, die vom Bad in den Raum über dem Bad mit sauerstoffhaltigem Gas abgegeben werden, und das Weitergeben der Hitze in das Bad, wobei diese durch die Nachverbrennung generiert wird, und beiträgt zur thermischen Energie, die benötigt wird, um das metallhaltige Beschickungsmaterial zu schmelzen.
Der HIsmelt-Prozeß umfaßt auch das Bilden einer Übergangszone über der nominal ruhigen Oberfläche des Bades, in welcher eine bevorzugte Menge von aufsteigenden und danach absteigenden Tropfen oder Spritzern oder Strömen von geschmolzenem Metall und/oder Schlacke gibt, welche ein effektives Medium bereitstellen um die thermische Energie, welche durch Nachverbrennungsreaktionsgase über dem Bad generiert werden, zu dem Bad weiterzuleiten.
In dem HIsmelt-Prozeß wird das metallhaltige Beschickungsmaterial und das feste kohlenstoffhaltige Material in die Metallschicht durch eine Anzahl von Lanzen/Düsen eingespeist, welche vertikal geneigt sind, um sich abwärts und einwärts durch die Seitenwand in den Schmelzkessel und in die tiefere Region des Kessels zu erstrecken um dadurch das feste Material in die Metallschicht am Boden des Kessels zu befördern. Die Lanzen müssen Arbeitstemperaturen in der Größenordnung von 1400°C in dem Schmelzkessel aushalten. Entsprechend müssen die Lanzen ein intern gesteuertes Kühlsystem besitzen um erfolgreich in dieser harschen Umgebung zu arbeiten und müssen fähig sein, den beträchtlichen örtlichen Temperaturschwankungen standzuhalten. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Konstruktion von Lanzen, welche in der Lage sind, effektiv unter diesen Bedingungen zu arbeiten.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird eine metallurgische Lanze bereitgestellt, die sich in einen Kessel erstreckt zum Einspeisen von festem Partikelmaterial in geschmolzenes Material, welches in einem Kessel gehalten wird, die umfaßt:
eine Zentralkernöhre, durch welche das feste Partikelmaterial geschickt wird;
eine ringförmige Kühlummantelung, die die Zentralkernröhre im wesentlichen Teil ihrer Länge ganz und gar umgibt, diese Ummantelung bestimmt eine innere, längliche, ringförmige Wasserflußpassage, die über der Kernröhre angeordnet ist, eine äußere, längliche, ringförmige Wasserflußpassage, angelegt über der inneren Wasserflußpassage und eine ringförmige Endpassage, die die innere und äußere Wasserflußpassagen an dem vorderen Ende der Kühlummantelung verbindet;
Wassereinlaßmittel für den Einlaß von Wasser in die innere ringförmige Wasserflußpassage der Ummantelung an einer hinteren Endregion der Ummantelung; und
ein Wasserauslaßmittel zum Auslassen von Wasser aus der äußeren ringförmigen Wasserflußpassage an der hinteren Endregion der Ummantelung, wodurch vorwärts entlang der inneren, länglichen ringförmigen Passage ein Fluß von Kühlwasser bereitgestellt wird zu dem vorderen Ende der Ummantelung, dann durch das Endflußpassagenmittel und zurück durch die äußere, länglich ringförmige Wasserflußpassage, worin die ringförmige Endpassage sich sanft nach außen und zurück von der inneren länglichen ringförmigen Passage zu der äußeren länglichen ringförmigen Passage krümmt und die effektive Querschnittsfläche für den Wasserfluß durch die Endpassage geringer ist als die Querschnittsfließfläche beider, der inneren und äußeren länglichen ringförmigen Wasserflußpassagen.
Vorzugsweise sind die inneren und äußeren länglichen ringförmigen Passagen und die Endpassage der Ummantelung bestimmt durch eine innere Röhre und äußere Röhre, die am vorderen Ende der Ummantelung durch ein ringförmiges Endverbindungsstück verbunden sind und so eine einzige hohle, ringförmige Struktur bilden, welche am vorderen Ende der Ummantelung durch das ringförmige Endverbindungsstück geschlossen ist, und
eine längliche röhrenförmige Struktur, die innerhalb der hohlen, ringförmigen Struktur angeordnet ist und sich in dieser erstreckt, um das Innere der hohlen ringförmigen Struktur in besagte innere und äußere länglich ringförmige Passagen bis zu einem vorderen Endteil zu teilen, welches benachbart an das ringförmige Endverbindungsstück der besagten hohlen ringförmigen Struktur angeordnet ist, so daß die vordere Endpassage bestimmt ist zwischen besagtem vorderen Endteil der röhrenförmigen Struktur und dem ringförmigem Endverbindungsteil der besagten einzelnen hohlen, ringförmigen Struktur.
Weiterhin ist bevorzugte das vordere Endteil der röhrenförmigen Struktur mit dem ringförmigen Endverbindungsteil der besagten hohlen ringförmigen Struktur verbunden, um die Fließquerschnittsfläche der vorderen Endpassage zu bestimmen.
Weiterhin ist bevorzugt besagte einzige hohle ringförmige Struktur so befestigt, daß eine relative longitudinale Bewegung zwischen den inneren und äußeren Röhren davon erlaubt wird, hervorgerufen durch differentiale thermische Expansion oder Kontraktion hiervon, und die längliche röhrenförmige Struktur ist so befestigt um dieser Bewegung Rechnung zu tragen.
Stärker, ist bevorzugt, daß die äußere Röhre der einzigen hohlen ringförmigen Struktur mit einem fixierten Fassungsmittel versehen ist und die innere Röhre dieser Struktur durch einem Gleitfassungsmittel unterstützt wird, um der inneren Röhre eine axiale Bewegung zu ermöglichen, um der differentialen thermischen Expansion und Kontraktion Rechnung zu tragen und das hintere Ende der inneren röhrenförmigen Struktur wird mit einer zweiten Gleitfassung unterstützt, um der inneren röhrenförmigen Struktur zu ermöglichen, sich mit der inneren Röhre der besagten hohlen ringförmigen Struktur zu bewegen.
Die innere röhrenförmige Struktur kann direkt mit der inneren Röhre der hohlen ringförmigen Struktur verbunden sein, um sich mit ihr axial zu bewegen. Solch eine Verbindung kann bereitgestellt werden durch eine Serie von kreisförmig in Abständen sich befindenden Verbindungsteilen an dem hinteren Ende der inneren röhrenförmigen Struktur.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Um die Erfindung genauer beschreiben zu können, wird eine bestimmte Ausführungsform mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welcher:
1 ein vertikaler Schnitt durch einen metallurgischen Kessel, der ein Paar Feststoff-Injektionslanzen umfaßt, die erfindungsgemäß hergestellt sind;
2a und 2b treffen sich an der Linie A-A, um einen länglichen Querschnitt durch eine der Feststoff-Injektionslanzen zu bilden;
3 ist ein vergrößerter länglicher Querschmitt durch das hintere Ende der Lanze;
4 ist ein vergrößerter Querschnitt durch das vordere Ende der Lanze; und
5 ist ein transverser Querschnitt an der Linie 5-5 in 2b.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 stellt einen Direkt-Schmelzkessel dar, der geeignet ist für den Betrieb bei HIsmelt-Prozessen, wie in der Internationalen Anmeldung PCT/AU96/00197 beschrieben. Der metallurgische Kessel ist im Allgemeinen als 11 bezeichnet und hat einen Herd, der einen Boden 12 und Seiten 13 umfaßt, die aus feuerfestem Stein gebildet sind; Seitenwände 14, welche im Allgemeinen einen zylindrischen Lauf bilden, der sich aufwärts von den Seiten 13 des Herdes erstreckt und welcher eine obere Laufsektion 15 und eine untere Laufsektion 16 bildet; ein Dach 17, einen Auslaß 18 für Abgase; einen Vorherd 19 für kontinuierliches Abfangen von geschmolzenem Metall; ein Abstichloch 21 zum Abfangen geschmolzener Schlacke.
Im Gebrauch enthält der Kessel ein geschmolzenes Bad von Eisen und Schlacke, zu welcher eine Schicht 22 von geschmolzenem Metall und eine Schicht 23 von geschmolzener Schlacke auf der Metallschicht 22 gehört. Der Pfeil mit der Nummer 24 gibt die Position der nominal ruhigen Oberfläche der Metallschicht 22 an und der Pfeil mit der Nummer 25 gibt die Position der nominal ruhigen Oberfläche der Schlackenschicht 23 an. Unter dem Ausdruck ”ruhige Oberfläche” ist die Oberfläche zu verstehen, wenn kein Einsprühen von Gas und Feststoffen in den Kessel stattfindet.
Der Kessel ist versehen mit einer Heißluft-Injektionslanze 26, die sich abwärts erstreckt um Gebläseluft aus heißer Luft in die oberen Regionen des Kessels zu liefern und zwei Feststoff-Injektionslanzen 27, die sich abwärts und einwärts durch die Seitenwände 14 und in die Schlackenschicht 23 erstrecken um Eisenerz, festes kohlenstoffhaltiges Materials und Fließmittel einzuspeisen, die in einem sauerstoffarmen Trägergas in die Metallschicht 22 mitgerissen werden. Die Position der Lanzen 27 ist so gewählt, daß die Auslaßenden 28 über der Oberfläche der Metallschicht 22 während des Betriebsprozesses sind. Diese Position der Lanzen reduziert das Schadensrisiko durch Kontakt mit geschmolzenem Metall und macht es ferner möglich, die Lanzen bei gesteuerter innerer Wasserkühlung ohne einem signifikanten Risiko, daß Wasser in Kontakt mit geschmolzenem Metall im Kessel kommt, zu kühlen.
Der Aufbau der Feststoff-Injektionslanzen ist in den 2 bis 5 dargestellt. Wie in diesen Figuren gezeigt, umfaßt jede Lanze 27 eine Zentralkernröhre 31 durch welche festes Material geliefert wird und eine ringförmige Kühlummantelung 32, die die Zentralkernröhre 31 im wesentlichen Teil ihrer Länge ganz und gar umgibt. Zentralkernrohr 31 ist gebildet aus einer Carbon-Stahllegierungsröhre 33 über den größten Teil seiner Länge, aber mit einer rostfreien Stahlsektion 34, am vorderen Ende die als eine Düse aus dem vorderen Ende der Kühlummantelung 32 herausragt. Das vordere Ende 34 der Kernröhre 31 ist mit der Carbon-Stahllegierungssektion 33 der Kernröhre über eine kurze Stahladaptersektion 35 verbunden, welche mit der rostfreien Stahlsektion 34 verschweißt ist und mit der Carbon-Stahllegierungssektion über ein Schraubengewinde 36 miteinander verbunden ist.
Das Zentralkernrohr 31 ist innen bis zu dem vorderen Endenteil 34 mit einer dünnen keramischen Auskleidung 37, hergestellt aus einer Serie von ungegossenen Keramik-Röhren, abgedeckt. Das hintere Ende der Zentralkernröhre 31 ist über eine Kupplungsvorrichtung 38 mit einem T-Stück 39 verbunden, durch welches festes Partikelmaterial in einem druckverflüssigbaren Gasträger, wie zum Beispiel Stickstoff, geliefert wird.
Ringförmige Kühlummantelung 32 umfaßt eine lange hohle ringförmige Struktur 41, die aus äußeren und inneren Röhren 42, 43 besteht, die mit einem Frontendverbindungsstück 44 und einer länglichen röhrenförmigen Struktur 45, welche in der hohlen ringförmigen Struktur 41 angeordnet ist, verbunden, um das Innere der Struktur 41 in eine innere längliche ringförmige Wasserflußpassage 46 und eine äußere längliche ringförmige Wasserflußpassage 47 zu trennen. Längliche röhrenförmige Struktur 45 ist geformt aus einer langen Kohlenstoffstahlröhre 48, die verschweißt ist mit einem bearbeiteten vorderen Endstück 49 aus Kohlenstoff-Stahl, welches in das Frontendverbindungsstück 44 der hohlen röhrenformigen Struktur 41 paßt und eine ringförmige Endflußpassage 51 bildet, welche die vorderen Enden der inneren und äußeren Wasserflußpassagen 46, 47 miteinander verbindet.
Das hintere Ende der ringförmigen Kühlummantelung 32 ist versehen mit einem Wassereinlaß 52, durch welchen der Kühlwasserstrom in die innere ringförmige Wasserflußpassage 46 geleitet werden kann und einem Wasserauslaß 53, aus welchem Wasser aus der äußeren ringförmigen Passage 47 am hinteren Ende der Lanze ausgelassen werden kann. Folglich fließt beim Gebrauch der Lanze Kühlwasser durch die Lanze durch die innere Wasserflußpassage 46 vorwärts hinab und dann außen und zurück um die vordere ringförmige Endpassage 51 herum in die äußere ringförmige Passage 47, durch welche es zurück entlang der Lanze und aus dem Auslaß 53 fließt. Dies stellt sicher, daß das kühlste Wasser in einer Hitzetransferbeziehung mit dem ankommenden festen Material ist, um sicherzustellen, daß dieses Material nicht schmilzt oder brennt, bevor es das vordere Ende der Lanze verläßt und ermöglicht ein effektives Kühlen von beidem, dem festen Material welches durch den Zentralkern der Lanze eingesprüht wird als auch effektives Kühlen des vorderen Endes und den äußeren Oberflächen der Lanze.
Die äußeren Oberflächen der Röhre 42 und das Frontendstück 44 der hohlen ringförmigen Struktur 41 sind mit einem regelmäßigen Muster von rechteckigen herausragenden Vorsprüngen 54 versehen, die einen Unterschnitt oder Schwalbenschwanz-Querschnitt haben, so daß die Vorsprünge eine nach vorwärts auseinandergehende Formation haben und als Schlüsselformationen dienen, um Schlacke an den äußeren Oberflächen der Lanze zu verfestigen. Die Verfestigung der Schlacke auf der Lanze dient zur Minimierung der Temperaturen in den Metallkomponenten der Lanze. Es wurde beim Gebrauch herausgefunden, daß gefrorene Schlacke an dem vorderen Ende oder an der Spitze der Lanze als Basis dient für die Bildung einer erweiterten Röhre von festem Material, die als Ausdehnung der Lanze dient, welche weiterhin vor einer Exposition der Metallkomponenten der Lanze gegen die harten Arbeitsbedingungen im Kessel schützt.
Es wurde gefunden, daß es für das Kühlen des Spitzenendes der Lanzen sehr wichtig ist eine hohe Wasserflußgeschwindigkeit um die ringförmige Endflußpassage 51 aufrecht zu erhalten. Insbesondere ist es besonders wünschenswert, eine Wasserflußgeschwindigkeit in dieser Region in der Größenordnung von 10 Meter pro Sekunde aufrecht zu erhalten um einen maximalen Wärmetransfer zu erhalten. Um die Wasserflußrate in dieser Region zu maximieren, ist der effektive Querschnitt für den Wasserfluß durch die Passage 51 signifikant reduziert unter dem effektiven Querschnitt beider, der inneren ringförmigen Wasserflußpassage 46 und der äußeren Wasserflußpassage 47. Das vordere Endstück 49 der inneren röhrenförmigen Struktur 45 ist so gestaltet und positioniert, daß Wasser, welches vom vorderen Ende der inneren ringförmigen Passage 46 fließt, durch eine im Inneren reduzierende oder spitz zulaufende Düsenflußpassagensektion 61 strömt, um Wirbel und Verluste vor dem Einströmen in die Endflußpassage 51 zu minimieren. Die Endflußpassage 51 verengt ebenfalls das effektive Fließfläche in der Richtung des Wasserflusses um eine erhöhte Wasserflußgeschwindigkeit um die Krümmung in der Passage und zurück zu der äußeren ringförmigen Wasserflußpassage 47 aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise ist es möglich, die notwendigen hohen Wasserflußraten in der Spitzenregion der Kühlummantelung zu erreichen, ohne starken Druckabfall und dem Risiko von Blockierungen in anderen Teilen der Lanze.
Um die angemessene Kühlwassergeschwindigkeit um die Spitzendpassage 51 aufrechtzuerhalten und Wärmeübertragungsschwankungen zu minimieren, ist es besonders wichtig, einen konstant kontrollierten Abstand zwischen Frontendstück 49, röhrenförmiger Struktur 45 und Endstück 44 der hohlen ringförmigen Struktur 41 aufrechtzuerhalten. Dies stellt durch die differentiale Expansion und Kontraktion in den Komponenten der Lanze ein Problem dar. Insbesondere der äußere Röhrenteil 42 der hohlen ringförmigen Struktur 41 ist viel höheren Temperaturen ausgesetzt als der innere Röhrenteil 43 dieser Struktur und das vordere Ende dieser Struktur tendiert deshalb in der Weise, wie es durch die punktierte Linie 62 in 4 angezeigt ist, nach vorwärts zu rollen. Daher tendiert der Spalt zwischen den Komponenten 44, 49, die die Passage 51 bilden sich zu öffnen, wenn die Lanze den Arbeitsbedingungen im Schmelzkessel ausgesetzt ist.
Umgekehrt kann die Passage zum Schließen tendieren, wenn ein Abfall in der Temperatur während des Betriebes stattfindet. Um dieses Problem zu überwinden, ist das hintere Ende der inneren Röhre 43 der hohlen ringförmigen Struktur 41 durch eine Gleitfassung 63 gestützt, so daß sie sich relativ axial zur inneren Röhre 42 dieser Struktur sich bewegen kann, das hintere Ende der inneren röhrenförmigen Struktur 45 ist ebenso in einer Gleitfassung 64 montiert und ist zu der inneren Röhre 43 der Struktur 41 durch eine Serie von kreisförmig in Abständen befindlichen Verbindungsklampen 65 verbunden, so daß sich die Röhren 43 und 45 axial zusammen bewegen können. Zusätzlich sind die Endstücke 44, 49 der hohlen ringförmigen Struktur 41 und der röhrenförmigen Struktur 45 positiv miteinander verbunden durch eine Serie kreisförmig in Abständen befindlichen Dübeln 70 um den angemessenen Abstand unter beidem, der thermischen Expansions- und Kontraktions-Bewegungen der Lanzenummantelung, aufrecht zu erhalten.
Die Gleitfassung 64 des inneren Endes der röhrenförmigen Struktur 45 ist mit einem Ring 66 versehen, der an einer Wasserflußverteilerstruktur 68 angebracht ist, welche den Wassereinlaß 52 und Auslaß 53 regelt und durch eine O-Ring-Abdichtung 69 abgedichtet ist. Die Gleitfassung 63 für das hintere Ende für das innere Rohr 43 der Struktur 41 ist ähnlich mit einen Ringflansch 71, der angebunden an der Wasserverteilerstruktur 68 ist, versehen und ist abgedichtet durch eine O-Ring-Abdichtung 72. Ein ringförmiger Kolben 73 ist in den Ringflansch 71 angebracht, und mit einer Gewindeverbindung 80 an das hintere Ende der inneren Röhre 43 der Struktur 41 angebracht um eine Wassereinlaßverteilerkammer 74, welche den ankommenden Kühlstrom vom Einlaß 52 aufnimmt, zu schließen. Kolben 73 gleitet in die gehärteten Oberflächen an den Ringflansch 71 und ist mit O-Ringen 81, 82 versehen. Der Gleitverschluß, bereitgestellt durch den Kolben 73, erlaubt nicht nur Bewegungen der inneren Röhre 43, durch differentiale thermische Expansion der Struktur 41, sondern erlaubt auch eine Bewegung der Röhre 43 um jeder Bewegung der Struktur 41, hervorgerufen durch exzessiven Wasserdruck in der Kühlummantelung, Rechnung zu tragen. Wenn aus irgendeinem Grund der Druck des Kühlwasserflusses überhöht wird, wird die äußere Röhre der Struktur 41 nach aussen gezwungen und Kolben 73 erlaubt der inneren Röhre sich demgemäß zu bewegen und den aufgebauten Druck abzubauen. Ein innerer Abstand 75 zwischen dem Kolben 73 und der Ringflansch 71 wird durch ein Luftloch 76 entlüftet, um eine Bewegung des Kolbens zu erlauben, sowie ein Entweichen von Wasser, welches neben dem Kolben austritt.
Der hintere Tell der ringförmigen Kühlummantelung 32 ist mit einer äußeren versteiften Röhre 83 ein Teil der Lanze hinunter versehen und definiert eine ringförmige Kühlwasserpassage 84 durch welche ein separater Fluß von Kühlwasser über einen Wassereinlaß 85 und Wasserauslaß 86 durchgeführt wird.
Typischerweise wird das Kühlwasser durch die Kühlummantelung mit einer Flußrate von 100 m³/h mit einem maximalen Betriebsdruck von 800 kPa durchgeführt, um eine Flußgeschwindigkeit von 10 Meter/Minute in der Spitzenregion der Ummantelung zu erreichen. Die inneren und äußeren Teile der Kühlummantelung können Temperaturschwankungen in der Größenordnung von 200°C unterworfen werden und die Bewegung der Röhren 42 und 45 in den Gleitfassungen 63, 64 kann während des Betriebes der Lanze beträchtlich sein, aber die effektive Querschnittsfließfläche der Endpassage 51 wird jedoch bei allen Betriebsbedingungen im wesentlichen konstant gehalten.
Obwohl die dargestellte Lanze für die Injektion von Feststoffen in einen Direkt-Reduktionsschmelzkessel entwickelt wurde, versteht es sich, daß ähnliche Lanzen für das Einführen von festem Partikelmaterial in irgendeinen metallurgischen Kessel oder einen induzierten anderen Kessel benutzt werden können, in welchem hohe Temperaturbedingungen vorherrschen. Es ist zusätzlich zu verstehen, daß die Erfindung in keiner Weise auf die Details, der illustrierten Konstruktion beschränkt ist und daß viele Modifikationen und Variationen in den Bereich der angefügten Ansprüche fallen.

Claims

Eine metallurgische Lanze (27), die sich in einen Kessel zum Einspeisen von festem Partikelmaterial in geschmolzenes Material, welches sich in dem Kessel befindet, erstreckt, umfassend ein Zentralkernrohr (31), durch welches festes Partikelmaterial geschickt wird, eine ringförmige Kühlummantelung (32), die die Zentralkernröhre (31) im wesentlichen Tell ihrer Länge umgibt, wobei die Ummantelung (32) geformt ist durch die innere Röhre (43) und die äußere Röhre (42), die am vorderen Ende der Ummantelung (32) durch ein ringförmiges Endverbindungsteil (44) verbunden sind, um eine einzige hohle ringförmige Struktur (41) zu bilden, welche am vorderen Ende der Ummantelung (32) durch das ringförmige Endverbindungsteil (44) geschlossen ist, und eine längliche röhrenförmige Struktur (45), angeordnet in der hohlen ringförmigen Struktur (41) und die sich in dieser erstreckt, um das Innere der hohlen ringförmigen Struktur (41) zu teilen in eine innere längliche ringförmige Wasserflußpassage (46), angeordnet über der Kernröhre (31), und eine äußere längliche ringförmige Wasserflußpassage (47), angeordnet über der inneren Wasserflußpassage (46), einem vorderen Endteil (49) der länglichen röhrenförmigen Struktur (45), welches benachbart an das ringförmige Endverbindungsteil (44) der besagten hohlen ringförmigen Struktur (41) angeordnet ist, um zwischen besagtem vorderen Endteil (49) der röhrenförmigen Struktur (45) und dem ringförmigen Endverbindungsteil (44) der besagten hohlen ringförmigen Struktur (41) eine ringförmige Endpassage (51) zu definieren, welche die inneren und äußeren Wasserflußpassagen (46, 47) am vorderen Ende der Kühlummantelung verbindet, und welche sich sanft nach außen und zurück von der inneren länglichen ringförmigen Passage (46) zu der äußeren länglichen ringförmigen Passage (47) krümmt, die effektive Querschnittsfläche des Wasserflusses durch die ringförmige Endpassage (51) ist geringer als die Querschnittsfließfläche von beiden der inneren und äußeren länglichen ringförmigen Wasserflußpassagen (46, 47); Wassereinlaßmittel (52) zum Einlass von Wasser in die innere ringförmige Wasserflußpassage (46) an einer hinteren Endregion der Ummantelung (32); und Wasserauslaßmittel zum Auslass von Wasser aus der äußeren ringförmigen Wasserflußpassage (47) an der hinteren Endregion der Ummantelung (32), wobei einen Fluß von Kühlwasser vorwärts entlang der inneren länglichen ringförmigen Passage (46) zu dem vorderen Ende der Ummantelung (32) dann durch die Endflußpassage (51) und zurück durch die äußere längliche ringförmige Wasserflußpassage (47) bereitzustellen; dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Endteil (49) der länglichen röhrenförmigen Struktur (45) und das ringförmige Endverbindungsteil (44) der besagten hohlen ringförmigen Struktur (41) durch Abstandsmittel (70), das sich zwischen ihnen erstreckt, eindeutig voneinander trennt, so dass die Querschnittfließfläche der vorderen ringförmigen Endpassage (51) festgelegt ist.
Eine metallurgische Lanze gemäß Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass besagte einzige hohle ringförmige Struktur (41) befestigt ist, um eine relative longitudinale Bewegung zwischen der inneren und äußeren Röhre (43, 42) durch die differentiale thermische Expansion oder Kontraktion davon zu erlauben und die längliche röhrenförmige Struktur (45) ist befestigt, um dieser Bewegung Rechnung zu tragen.
Eine metallurgische Lanze gemäß Anspruch 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Röhre (42) der einzelnen hohlen ringförmigen Struktur (41) mit einem fixierten Fassungsmittel versehen ist und die innere Rohre (43) dieser Struktur durch ein Gleitfassungsmittel (63) unterstützt wird, um der inneren Röhre eine axiale Bewegung zu ermöglichen, um der differentiellen thermischen Expansion und Kontraktion Rechnung zu tragen und das hintere Ende der inneren länglichen röhrenförmigen Struktur (45) wird durch einer zweite Gleitfassung (64) unterstützt, um der inneren länglichen röhrenförmigen Struktur (45) zu ermöglichen, sich mit der inneren Röhre (43) dieser besagten hohlen ringförmigen Struktur (41) zu bewegen.
Eine metallurgische Lanze gemäß Anspruch 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die längliche röhrenförmige Struktur (45) direkt mit der inneren Röhre (43) der hohlen ringförmigen Struktur (41) verbunden ist, um sich mit ihr axial zu bewegen.
Eine metallurgische Lanze gemäß Anspruch 4, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der länglichen röhrenförmigen Struktur (45) und der inneren Röhre (43) der hohlen ringförmigen Struktur (41) mit einer Serie von kreisförmigen, in Abständen auftretenden Verbindungsteilen (65) an dem hinteren Ende der länglichen röhrenförmigen Struktur (45) versehen ist.
Eine metallurgische Lanze gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitfassungsmittel (63) der inneren Röhre (43) der hohlen ringförmigen Struktur (41) ein Gleitring (71) umfaßt, der an der Wasserfließverteilungsstruktur (68) befestigt ist, die besagte Wassereinlaß- und Auslaßmittel (52, 53) bestimmt.
Eine metallurgische Lanze gemäß Anspruch 6, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gleitfassung (64), die das hintere Ende der inneren röhrenförmigen Struktur (45) unterstützt, einen zweiten Ring (66) umfaßt, der an dem Wasserflußverteiler (68) angebracht ist.
Eine metallurgische Lanze gemäß Anspruch 7, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass eine Wassereinlaßkammer (74) bestimmt ist in der Verteilerstruktur (68) zwischen zwei Gleitfassungsringen (66, 71).
Eine metallurgische Lanze gemäß Anspruch 8, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiger Kolben (73) in der Einlaßkammer (74) angeordnet ist und am hinteren Ende der inneren Rohrleitung (43) der hohlen ringförmigen Struktur (41) fixiert ist, um eine Bewegung der inneren Röhre (43) zu ermöglichen, um jeder Bewegung der hohlen ringförmigen Struktur (41), gesättigt durch exzessiven Wasserdruck in der Kühlummantelung, Rechnung zu tragen.
Eine metallurgische Lanze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche der ringförmigen Kühlummantelung (32) mit regelmäßigen rechteckig herausragenden Vorsprüngen (54) von auswärts auffächernden Formationen gebildet ist, um als Schlüsselformationen für die Verfestigung von Schlacke an den äußeren Oberflächen der Lanze zu dienen.
Eine metallurgische Lanze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralkernrohr (31) innen bis zu dem vorderen Endenteil (34) mit einer dünnen keramischen Auskleidung (37), hergestellt aus einer Serie von ungegossenen Keramik-Röhren, abgedeckt ist.