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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zum Einspeisen von Gas in einen Kessel. Sie betrifft insbesondere aber nicht ausschließlich die Verwendung einer Vorrichtung zum Einspeisen eines Gasstromes in einen metallurgischen Kessel unter hohen Temperaturbedingungen. Solch ein metallurgischer Kessel kann zum Beispiel ein Schmelzkessel sein, in welchem durch ein Direkt-Schmelzprozeß geschmolzenes Metall hergestellt wird.
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Ein bekannter Direkt-Schmelzprozeß, der auf einer geschmolzenen Metallschicht als Reaktionsmedium beruht, und im allgemeinen als der HIsmelt-Prozeß bezeichnet wird, ist in der internationalen Anmeldung
PCT/AU96/00197 (
WO 96/31627 A1 ) im Namen des Anmelders beschrieben.
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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 Metalloxyde; und
(ii) ein festes kohlenstoffhaltiges Material, typischerweise Kohle, welches als Reduktant der Metalloxyde und als Energiequelle dient; und
- (c) Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials zu Metall in der Metallschicht.
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Der Ausdruck ”Schmelzen” wird hierbei als ein thermischer Prozeß verstanden, worin chemische Reaktionen, die Metalloxyde reduzieren, stattfinden, um flüssiges Metall herzustellen.
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Der HIsmelt-Prozeß umfaßt ebenso Nachverbrennungsgase, wie CO und H2, die vom Bad in den Zwischenraum über dem Bad mit sauerstoffhaltigem Gas abgegeben werden und ein Weiterleiten der Hitze in das Bad, wobei diese durch die Nachverbrennung hergestellt wird und beiträgt zur thermischen Energie, die benötigt wird, das metallhaltige Beschickungsmaterial zu schmelzen.
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Der HIsmelt-Prozeß umfaßt auch das Bilden einer Übergangszone oberhalb der nominal ruhigen Oberfläche des Bades, in welcher es eine günstige 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.
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In dem HIsmelt-Prozeß wird das metallhaltige Beschickungsmaterial und festes kohlenstoffhaltiges Material in die Metallschicht durch eine Anzahl von Lanzen/Düsen eingespeist, welche vertikal geneigt sind, um sich abwärts und einwärts durch die Seitenwand des Schmelzkessels und in den tieferen Abschnitt des Kessels zu erstrecken, um dadurch das feste Material in die Metallschicht am Boden des Kessels zu befördern. Um die Nachverbrennung der Reaktionsgase im oberen Teil des Kessels zu fördern, wird eine Gebläseluft von heißer Luft, welche mit Sauerstoff angereichert sein kann, in die obere Region des Kessels durch eine Heißluftinjektionslanze, die sich abwärts erstreckt, eingespeist. Um effektiv die Nachverbrennung von den Gasen im oberen Abschnitt des Kessels zu fördern, ist es wünschenswert, daß die eintretende Heißluft-Gebläseluft die Lanze mit einer wirbelnden Bewegung verläßt. Um dies zu erreichen kann das Auslaß-Ende der Lanze mit inneren Fließführungen versehen sein, um eine ausreichende wirbelnde Bewegung zu gewährleisten. Die oberen Regionen des Kessels können Temperaturen in der Größenordnung von 2000°C erreichen und die Heißluft kann in der Lanze bei Temperaturen in der Größenordnung von 1100–1400°C geliefert werden. Daher muß die Lanze in der Lage sein, extrem hohe Temperaturen jeweils innerhalb und außerhalb der Wände auszuhalten, insbesondere am Beschickungsende der Lanze, welche in die Verbrennungszone des Kessels reicht. Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Lanzenkonstruktion, welche es erlaubt, die relevanten Komponenten intern Wasser zu kühlen und in einer Umgebung sehr hoher Temperatur zu arbeiten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einspeisen von Gas in einen Kessel bereitgestellt, die umfaßt:
eine Gasdurchflußrohrleitung, die sich vom hinteren Ende zum vorderen Ende, welches Gas aus der Rohrleitung entläßt, erstreckt;
ein länglicher Körper, der zentral in dem vorderen Ende der Rohrleitung angeordnet ist, so daß das Gas, welches durch das vordere Ende der Rohrleitung strömt, über und längs des länglichen Zentralkörpers strömt;
eine Vielzahl von Fluß dirigierenden Schaufeln, die zwischen dem länglichen Zentralkörper und der Rohrleitung angeordnet sind, um einen Strudel durch das vordere Ende an der Rohrleitung für einen Gasstrom zu gewährleisten;
Kühlwasserzufuhr- und -rückfuhrvorrichtung, welche sich durch die Wand der Rohrleitung von ihrem hinteren Endabschnitt zu ihrem vorderen Endabschnitt erstreckt, um Kühlwasser zu dem vorderen Endabschnitt der Rohrleitung zu liefern und rückzuführen;
eine interne Kühlwassservorrichtung in einer Rohrleitungsspitze am vorderen Ende der Rohrleitung, die mit der Kühlwasserzufuhr- und -rückfuhrvorrichtung kommuniziert, so daß ein Kühlwasserstrom zum inneren Kühlen der Rohrleitungsspitze angeliefert und rückgeführt werden kann; und
Kühlwasserflußpassagen in den Schaufeln und dem länglichen Zentralkörper, die mit der Kühlwasserzufuhr- und -rückfuhrvorrichtung in dem vorderen Endabschnitt der Rohrleitung kommunizieren, damit ein Wasserfluß von der Zufuhrvorrichtung einwärts durch die Schaufeln in die Kühlpassagen des länglichen Zentralkörpers und von diesen Passagen nach außen durch die Schaufeln zu der Wasserrückfuhrvorrichtung der Rohrleitung stattfindet.
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Vorzugsweise umfaßt die Kühlwasserzufuhr- und -rückfuhrvorrichtung erste Zufuhr- und Rückfuhrpassagen, die mit der inneren Kühlwasservorrichtung in der Rohrleitungsspitze kommunizieren und zweite Zufuhr- und Rückfuhrpassagen, die mit den Wasserflußpassagen in den Schaufeln und dem Zentralkörper kommunizieren.
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Die Spitze der Rohrleitung kann als hohle ringförmige Formation geformt werden, die vorwärts aus dem Rest der Rohrleitung herausragt, die hohle Formation definiert eine ringförmige Passage, die die besagte innere Kühlwasservorrichtung der Rohrleitungsspitze darstellt.
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Die Rohrleitung kann eine Serie von konzentrischen Röhren umfassen, die eine Serie von ringförmigen Räumen definieren, die Fließwasserzufuhr- und -rückfuhrvorrichtungen bereitstellen. Es kann vier solcher Röhren geben, die drei konzentrische ringförmige Räume definieren. Die zwei äußersten ringförmigen Räume können die Wasserzufuhr- und -rückfuhrpassagen für den Wasserfluß zu und von der inneren Kühlwasservorrichtung der Rohrleitungsspitze bereitstellen. Die innerste ringförmige Passage kann innen geteilt sein, um Wasserzufuhr- und -rückfuhrpassagen für den Wasserfluß zu und von den Kühlwasserpassagen in den Schaufeln und dem länglichen Zentralkörper bereitzustellen.
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Der Zentralkörper kann im allgemeinen von zylindrischer Form mit kuppelartigem Ende sein.
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Vorzugsweise sind die Schaufeln zu einer mehrgängigen helikalen Anordnung geformt. Die Schaufeln können an mehreren Stellen in Abständen kreisförmig um die Rohrleitung an der Rohrleitung angebracht sein. Insbesondere sind dort vier Schaufeln in einer viergängigen helikalen Formation angebracht und mit der Rohrleitung an vier Stellen mit 90° Abständen um die Rohrleitung an den vorderen Enden der Schaufeln angebracht.
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Die Kühlwasserzufuhrvorrichtung in der Rohrleitung kann eine ausreichende Zahl von getrennten Wasserflußpassagen umfassen, jede um Kühlwasser zu einer der Schaufeln zu liefern. Solche separaten Wasserflußpassagen können durch Teiler in einer geeigneten ringförmigen Passage zwischen den Röhren, die sich helikal entlang der Rohrleitung erstrecken, gebildet werden.
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Die vorderen Enden der Rohrleitungsröhren können an ihren vorderen Enden mit der Rohrleitungsspitze verbunden sein. Die hinteren Enden der Rohrenleitungsröhren können so montiert sein, daß eine relative longitudinale Bewegung zwischen diesen ermöglicht ist, um der differentialen thermischen Expansion und Kontraktion der Röhren Rechnung zu tragen.
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Die Schaufeln können mit der Rohrleitung und dem Zentralkörper nur am vorderen Ende befestigt sein, um frei zu sein, sich entlang der Rohrleitung von diesen Befestigungen unter thermischer Expansion zu bewegen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Damit die Erfindung genauer beschrieben werden kann, wird eine bestimmte Ausführungsform mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welcher:
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1 ein vertikaler Schnitt durch einen Direkt-Schmelzkessel ist, in welchem ein Paar Feststoffinjektionslanzen und eine Gebläseluftinjektionslanze für heiße Luft erfindungsgemäß eingebaut ist;
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2 ein längslaufender Querschnitt durch eine Heißluftinjektionslanze ist;
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3 ein längslaufender Querschnitt vergrößerten Maßstabes durch das vordere Endteil der Lanze ist;
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4 ein Querschnitt an der Linie 4-4 in 3 ist;
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5 ein Querschnitt an der Linie 5-5 in 3 ist;
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6 ein Querschnitt an der Linie 6-6 in 5 ist;
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7 ein Querschnitt an der Linie 7-7 in 6 ist;
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8 Wasserflußpassagen veranschaulicht, die in dem vorderen Abschnitt des Zentralkörpers, welcher im vorderen Ende der Lanze angebracht ist, gebildet sind;
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9 eine Skizze ist, die eine Anordnung von Einlaß- und Auslaßwasserkorridore für den Zentralkörperteil und vier Fließwirbelschaufeln in dem vorderen Abschnitt der Lanze zeigt; und
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10 ein vergrößerter Querschnitt durch einen hinteren Abschnitt der Lanze ist.
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Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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1 veranschaulicht einen Direkt-Schmelzkessel, der für Verfahren bei dem HIsmelt-Prozeß geeignet ist, wie in der internationalen Patentanmeldung
PCT/AU96/00197 beschrieben. Der metallurgische Kessel wird im allgemeinen als
11 bezeichnet und hat einen Herd, der eine Grundfläche
12 und Seiten
13 umfaßt, die aus feuerfesten Ziegeln geformt 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 enthält, ein Dach
17, ein Auslaß
18 für die Abgase; einen Vorherd
19 zum kontinuierlichen Abführen von geschmolzenem Metall; und ein Abstechloch
21 zum Abführen von geschmolzener Schlacke.
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Im Gebrauch enthält der Kessel ein geschmolzenes Bad aus Eisen und Schlacke, welche eine Schicht 22 von geschmolzenem Metall und eine Schicht 23 von geschmolzener Schlacke über der Metallschicht 22 enthält. Der Pfeil gekennzeichnet mit der Nummer 24 bezeichnet die Position der Nominalen ruhigen Oberfläche der Metallschicht 22 und der Pfeil gekennzeichnet mit der Nummer 25 bezeichnet die Position der nominal ruhigen Oberfläche der Schlackschicht 23. Unter dem Ausdruck ”ruhige Oberfläche” ist die Oberfläche zu verstehen, wenn kein Einspeisen von Gas und Feststoffen in den Kessel stattfindet.
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Der Kessel ist versehen mit einer abwärts sich erstreckenden Heißluftinjektionslanze 26 zur Belieferung von Gebläseluft aus Heißluft in eine obere Region des Kessels und zwei Feststoffinjektionslanzen 27, die sich abwärts und einwärts erstrecken durch die Seitenwände 14 und in die Schlackschicht 23 zum Einspeisen von Eisenerz, festem kohlenstoffhaltigen Material, und Flußmittel, die in einem sauerstoffarmen Trägergas in die Metallschicht 22 mitgerissen werden. Die Position der Lanzen 27 ist so gewählt, daß sich ihre Auslaßenden 28 oberhalb der Oberfläche der Metallschicht 22 während des Betriebesprozesses befinden. Diese Position der Lanzen reduziert das Schadensrisiko durch Kontakt mit geschmolzenem Metall und außerdem ist es dadurch möglich, die Lanzen durch regelbare innere Wasserkühlung zu kühlen, ohne ein signifikantes Risikos, daß Wasser mit dem geschmolzenen Metall in dem Kessel in Kontakt kommt.
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Die Konstruktion einer Heißluftinjektionslanze 26 ist in den 2 bis 9 dargestellt. Wie in diesen Figuren gezeigt, umfaßt die Lanze 26 eine längliche Rohrleitung 31, durch welche der Heißluftstrom durchgeht, welcher Sauerstoff angereichert sein kann. Rohrleitung 31 besteht aus einer Serie von vier konzentrischen stählernen Röhren 32, 33, 34, 35, die sich bis zu einem vorderen Endabschnitt 36 der Rohrleitung erstrecken, wo sie mit einem Spitzendenstück 37 verbunden sind. Ein längliches Körperteil 38 ist zentral innerhalb des vorderen Endabschnitts 36 der Rohrleitung angebracht und trägt eine Serie von vier drallerzeugenden Schaufeln 39. Das Zentralkörperteil 38 ist von länglicher zylindrischer Formation mit bullnasigen oder kuppelartigen vorderen und hinteren Enden 41, 42. Die Schaufeln 39 sind in einer viergängigen helikalen Formation angebracht und sind an ihren vorderen Enden bei den radial auswärtslaufenden Schaufelenden 45 an dem vorderen Abschnitt der Rohrleitung angebracht.
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Rohrleitung 31 ist im Inneren auf fast ihrer ganzen Länge mit einer inneren hitzebeständigen Auskleidung 43 versehen, welche an die innerste Metallröhre 35 der Rohrleitung paßt und sich bis zu den vorderen Endteilen 42 der Schaufeln erstreckt; die Schaufeln 39 passen sauber in die feuerfeste Auskleidung hinter diese vorderen Endteile 42.
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Das Spitzendstück 37 der Rohrleitung hat eine hohle ringförmige Kopf- oder Spitzformation 44, welche aus dem Ende der Rohrleitung vorwärts herausragt, um im allgemeinen mit der inneren Oberfläche der hitzebeständigen Auskleidung 43 abzuschließen, welche die effektive Fließpassage für das Gas durch die Rohrleitung definiert. Das vordere Ende des Zentralkörperteils 38 ragt vorn über diese Spitzformation 44 heraus, so daß das vordere Ende des Körperteils und die Spitzformation zusammenwirken und eine ringförmige Düse bilden, von welcher die Gebläseluft von Heißluft als ein ringförmiger auseinanderlaufender Strom mit einer stark rotierenden oder wirbelnden Bewegung, die durch die Schaufeln 39 bewirkt wird, herauskommt.
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Erfindungsgemäß werden Rohrleitungsspitzformation 44, Zentrakörperteil 38 und Schaufeln 39 alle innseitig durch Kühlwasserströme wassergekühlt, welche durch eine Kühlwasserfließvorrichtung, im allgemeinen als 51 bezeichnet, bereitgestellt werden, welche sich durch die Wand der Rohrleitung erstreckt. Wasserfließvorrichtung 51 umfaßt eine Wasserzufuhrpassage 52, definiert durch den ringförmigen Abstand zwischen den Rohrleitungsröhren 33, 34, um zu dem hohlen Inneren 53 der Rohrleitungsspitzformation 44 über kreisförmige in Abständen verteilte Öffnungen 54 in dem Spitzendstück 37 Kühlwasser zu liefern. Wasser aus dem Spitzendstück wird durch kreisförmige in Abständen verteilte Öffnungen 55 in eine ringförmige Wasserrückfuhrfließpassage 56, die zwischen den Rohrleitungsröhren 32 und 33 definiert ist und ebenso einen Abschnitt der Wasserfließvorrichtung 51 bildet, zurückgeführt. Das hohle Innere 53 des Spitzendstückes 37 ist daher durchgehend mit Kühlwasser versorgt und kann als innere Kühlpassage wirken. Das Kühlwasser für die Lanzenspitze wird in einer Zufuhrpassage 52 über ein Wassereinlaß 57 am hinteren Ende der Lanze geliefert und das zurückkommende Wasser verläßt die Lanze durch den Auslaß 58 ebenfalls am hinteren Ende der Lanze.
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Der ringförmige Abstand 59 zwischen den Rohrleitungsröhren 34 und 35 ist geteilt durch helikale gewundene Teilungsstangen in acht separate helikale Passagen 60, welche sich vom hinteren Ende der Rohrleitung zu dem vorderen Endabschnitt 36 der Rohrleitung erstrecken. Vier dieser Passagen werden unabhängig voneinander mit Wasser durch vier kreisförmigen in Abständen angeordneten Wassereinlässen 62 beliefert, um unabhängige Wasserzulieferung für die Kühlung der Schaufeln 39 und des Körperteils 38 bereitzustellen. Wassereinlässe 62 kommunizieren mit einer gewöhnlichen Wasserzulieferröhre 80 über einen ringförmigen Zufuhrverteiler 90. Die anderen vier Passagen 60 dienen als Rückfuhrflußpassagen, welche mit einer gewöhnlichen ringförmigen Rückfuhrsammelrohrpassage 63 und einem einzigen Wasserauslaß 64 verbunden sind.
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Schaufeln 39 sind von einer hohlen Formation und das innere ist geteilt, um Wassereinlaß- und -auslaßfließpassagen zu bilden, durch die Wasser zu- und weg von dem Zentralkörperteil 38 fließt, das ebenfalls mit Wasserfließpassagen für interne Wasserkühlung ausgestaltet ist. Die vorderen Endabschnitte 45 der Schaufeln 39 sind befestigt mit dem vorderen Ende der innersten Rohrleitungsröhre 35, über vier Wassereinlaßschlitze 65, durch welche Wasserströme von den vier separaten Zufuhrwassereinlaßfließpassagen in die radial innseitig gerichteten Einlaßpassagen 66 in die vorderen Enden der Schaufeln fließt. Das Kühlwasser fließt dann in das vordere Ende des Zentralkörperteils 38.
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Zentralkörperteil 38 besteht aus vorderen und hinteren inneren Körperabschnitten 68, 69, beherbergt in einer Ummantelung 70 geformt aus einer hauptzylindrischen Sektion 71 und kuppelgeformte Frontendstücke und kuppelgeformte Heckendstücke 41, 42, welche gehärtet sind, um Abreibung von feuerfestem Grit oder anderem partikelartikem Material, welches durch den heißen Gasstrom mitgetragen wird, zu widerstehen. Ein Aussparungsraum 74 zwischen den inneren Teilen 68, 69 und der äußeren Ummantelung des Zentralkörperteils ist subunterteilt in zwei Sets von peripheralen Wasserfließpassagen 75, 76 durch Trennrippen 77, 78 an den äußeren peripheralen Oberflächen der inneren Körperteile 68, 69 geformt. Das vordere Set der peripheralen Wasserfließkanäle 75 sind so angebracht, daß sie vom vorderen Ende des Zentralkörperteils in der Weise, wie in 8 gezeigt, auffächern und rückwärts gerichtet um den Körper herum angeordnet sind. Ein Fließführungseinsatz 81 ist zentral in das innere Körperteil 68 eingebracht und erstreckt sich durch die Wasserflußpassage 67 und teilt diese Passage in vier kreisförmige mit Abstand versehene Wasserfließpassagen, welche unabhängig den ankommenden Wasserfluß durch die Wassereinlaßpassagen 66 in den vorderen Enden der Schaufeln erhalten, so werden vier unabhängige Einlaßströme zu dem vorderen Ende des Zentralkörperteils aufrechterhalten. Diese separaten Wasserströme kommunizieren mit den vier vorderen peripheralen Wasserflußkanälen 75, durch welche Wasserströme zurück um das vordere Ende des zentralen Körperteils fließen.
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Eine Trennwandplatte 82 teilt die Wassereinlaßpassagen 66, 67 in den vorderen Enden der Schaufeln und des Zentralkörperteils von Wasserfließpassagen in den hinteren Abschnitten der Schaufeln und den Zentralkörperteil. Das Wasser fließt zurück durch die vorderen peripheralen Kanäle 75, die sich durch die Schlitze 83, die in dieser Trennwand zwischen den Einlaßpassagen 66 angebracht ist, erstrecken, um in eine zentrale Passage 84 im hinteren Körperteil 69 zurückzufließen. Diese Passage ist ebenso in vier separate Fließkanäle mittels einer zentralen Fließführung 85 geteilt, um die vier separaten Wasserströme durch das hintere Ende des Zentralkörpers zu führen. Die hinteren peripheralen Fließkanäle 76 sind ebenso in einem Set von vier in ähnlicher Weise zu den Beipassagen 75 an dem vorderen Ende des Zentralkörpers angeordnet, um die vier separaten Wasserströme an dem hinteren Ende des Körpers zu erhalten und diese zurück um die Peripherie des Körpers herum zu den vier kreisförmig in Abständen befindlichen Ausgangsschlitzen 86 in der Verschalung, durch welche das Wasser fließt, in die Rücklaufpassage 87 in den Schaufeln zu führen.
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Die hohlen Schaufeln sind innerhalb durch longitudinale Trennwände 89 getrennt, so daß die Kühlwasserpassagen sich von den inseitigen vorderen Enden der Schaufeln zurück zu den hinteren Enden der Schaufeln und dann nach außen und vorwärts entlang der äußeren longitudinalen Enden der Schaufeln zu radialen ausdehnenden Wasserauslaßpassagen 91 in den vorderen Enden 42 der Schaufeln erstrecken, die durch die Auslaßschlitze 93 mit den vier kreisförmigen in Abständen befindliche Rückfließpassagen, die sich durch die Rohrleitungswand zu dem allgemeinen Auslaß 64 an dem hinteren Ende der Rohrleitung erstrecken, kommunizieren. Trennwand 82 trennt Zufluß- und Ausflußpassagen 66, 91 in den Schaufeln und die Wasserzufuhr- und Ausflußschlitze 65, 93 für jede Schaufel sind im vorderen Ende der inneren Rohrleitungsröhre 35 an der Ecke zu der longitudinalen Anordnung angebracht, um den Helixwinkel der Schaufeln, wie in 3 zu sehen, anzupassen.
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Die vorderen Enden der vier konzentrischen Rohrleitungsröhren 32, 33, 34, 35 sind an drei Flanschen 94, 95, 96 an dem Spitzende 55 angeschweißt, so daß sie fest in einer starken Struktur an den vorderen Enden der Lanze befestigt sind. Die hinteren Enden der Röhrenleitungsröhren können sich longitudinal zueinander bewegen, um eine differentiale thermische Expansion während des Betriebes der Lanzen zu erlauben. Am eindeutigsten ist in 10 zu sehen, daß das hintere Ende des Rohrleitungsrohres 32 mit einer herausragenden Flansche 101 versehen ist, an welcher eine fortlaufende Struktur 102 angeschweißt ist, welche die verschiedenen Wasserzufuhr und -auslässe 57, 58, 62, 64 trägt. Struktur 102 enthält eine innere ringförmige Flansch 103 versehen mit einer O-Ringdichtung 104, welche als eine Gleitfassung für das hintere Ende des Rohrleitungsrohres 33 dient, so daß es der Röhrenleitungsröhre 33 erlaubt ist zu expandieren und zu kontrahieren longitudinal unabhängig vom äußeren Rohrleitungsrohr 32. Eine Struktur 105, die an das hintere Ende des Rohrleitungsrohrs 34 angeschweißt ist, enthält ringförmige Flanschen 106, 107, die mit O-Ringdichtungen 108, 109 versehen sind, welche eine Gleitfassung für das hintere Ende des Rohrleitungsrohres 34 in der äußeren Struktur 102, die am hinteren Ende des Rohrleitungsrohres 32 befestigt ist, bereitstellt, so daß das Rohrleitungsrohr 34 sich ebenfalls expandieren und kontrahieren kann unabhängig vom Rohrleitungsrohr 32. Das hintere Ende des innersten Rohrleitungsrohres 35 ist mit einer herausragenden Flansche 111, welche mit einer O-Ringdichtung 112 versehen ist, die an einem ringförmigen Ring 113 einrastet, welcher an der äußeren Struktur 102 befestigt ist, um ebenso eine Gleitfassung für das innerste Rohrleitungsrohr bereitzustellen, um eine unabhängige longitudinale Expansion und Kontraktion zu erlauben.
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Vorkehrung ist ebenso getroffen worden für thermische Expansion der Fließführungsschaufeln 39 und dem inneren Körperteil 38. Die Schaufeln 39 sind mit der Rohrleitung und dem inneren Körperteil nur an den vorderen Enden angebracht und insbesondere an den Stellen, wo Wassereinlaß- und -auslaßflüsse an den inneren und äußeren Teilen der vorderen Enden der Schaufeln sich befinden. Die Hauptteile der Schaufeln passen einfach zwischen die hitzebeständige Auskleidung 43 der Rohrleitung und der Verkleidung des Zentralkörperteils 38 und sind frei longitudinal zu expandieren. Der Wasserflußteiler 85 in der hinteren Sektion des inneren Körperteils hat eine zirkulare Frontendplatte, die in eine bearbeitete Oberfläche eines röhrenförmigen Leitungshahns 122 auf der Trennwand 82 gleitet, um den vorderen und hinteren Teilen des Zentralkörperteils erlaubt, sich unter thermischer Expansion zu bewegen, wobei das Abdichten zwischen den separaten Wasserflußpassagen aufrechterhalten wird. Eine thermische Expansionsnaht 133 wird bereitgestellt, um der thermische Expansion zwischen den vorderen und hinteren Enden des Zentralkörperteils Rechnung zu tragen.
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Um weitere thermische Expansion zu erlauben, sind die Schaufeln 39 so gestaltet, daß sie sich nicht radial auswärts zwischen der Verkleidung des Zentralkörperteils und der hitzebeständigen Auskleidung der Rohrleitung erstrecken, wenn man in Richtung des Querschnitts schaut, sondern daß sie leicht versetzt sind an einer Ecke zu der genau radialen Anordnung, wenn die Lanzenröhren und der Zentralkörper in kaltem Zustand sind. Spätere Expansion der Rohrleitungsrohre während des Betriebes der Lanzen erlaubt es den Schaufeln, vorwärts zu der genau radialen Position gezogen zu sein, während ein guter Kontakt mit der Rohrleitungauskleidung und dem Zentralkörperteil aufrecht erhalten wird, während radialer Streß an den Schaufeln durch thermische Expansion vermieden wird.
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Im Betrieb der veranschaulichten Heißluftinjektionslanze werden unabhängige Kühlwasserströme zu den vier Wirbelschaufeln 39 geliefert, so daß kein Verlust der Kühleffizienz durch verschiedene Flußeffekte eintritt. Die unabhängigen Kühlwasserströme sind außerdem zu den vorderen und hinteren Enden des Zentralkörperteils 38 so gestaltet, daß heiße Flecken durch einen Mangel an Wasserstrom durch mögliche begünstigte Flußeffekte eliminiert werden. Dies ist vor allem bedenklich für das Kühlen des vorderen Endes 41 des Zentralkörperteils, welches extrem hohen Temperaturbedingungen während des Schmelzprozesses ausgesetzt ist.
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Die Rohrleitungsrohre können unabhängig expandieren und kontrahieren in longitudinale Richtung unter thermischer Expansion und Kontraktionseffekten und die Schaufeln und das Zentralkörperteil sind ebenfalls in der Lage zu expandieren und kontrahieren, ohne die strukturelle Vollständigkeit der Lanze oder das Aufrechterhalten der verschiedenen unabhängigen Ströme von Kühlwasser zu beeinträchtigen.
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Die dargestellte Lanze ist für den Betriebe unter extremen Temperaturbedingungen in einem Direkt-Schmelzkessel geeignet, in dem geschmolzenes Eisen durch einen Hochschmelzprozeß hergestellt wird. Typischerweise ist die Kühlwasserflußrate durch die vier Wirbelschaufeln sowie dem Zentralkörperteil in der Größenordnung von 90 m3/Hr und die Flußrate durch das äußere Gehäuse und die Lanzenspitze ist in der Größenordnung von 400 m3/Hr. Die Gesamtflußrate kann deshalb in der Größenordnung von 490 m3/Hr bei einem maximalen Betriebsdruck in der Größenordnung von 1500 kPag sein.
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Obwohl die dargestellt Lanze für die Injektion von Gebläseluft aus Heißluft in einem Direkt-Schmelzkessel konstruiert worden ist, versteht sich, daß ähnliche Lanzen für die Injektion von Gasen in einen Kessel, in dem hohe Temperaturbedingungen vorherrschen, z. B. für das Einspritzen von Sauerstoff, Luft oder Brennstoffgasen in einen Hochofenkessel, genutzt werden.
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Es ist demnach zu verstehen, daß die Erfindung keinesfalls nur auf die Details der beschriebenen Konstruktion begrenzt ist und daß viele Modifikationen und Variation in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen.
