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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen,
bei dem ein Behandlungsgas mittels einer Blaslanze in eine Metallschmelze
eingetragen wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine entsprechende
Vorrichtung.
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Es
ist bekannt, zum Frischen von Stählen oxidierende Gase
oder Gasgemische, insbesondere gasförmigen Sauerstoff,
zu verwenden. Üblicherweise wird der Frischprozess in Konvertern
durch Aufblasen oder Einblasen der Gase oder deren Kombination durchgeführt.
Weiterhin ist bekannt, Inertgas zum Spülen einer Schmelze
aus dem Eisen- und Nicht-Eisen-Bereich zu verwenden, um unerwünschte
Begleitstoffe, wie etwa Schwefel, Wasserstoff oder Schlacketeilchen
aus der Schmelze zu entfernen.
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Eine
Reihe von Verfahrensbezeichnungen leiten sich aus der Art des Sauerstoffeinbringens
ab, wie z. B. des LD-, LDAC-Verfahren oder der OBM-Prozeß.
Darüber hinaus gibt es für legierte und hochlegierte
Stähle Aufblasverfahren wie z. B. das AOD Verfahren, die
mit Sauerstoff und z. B. Argon arbeiten. Dabei wird der gasförmige
Sauerstoff meist über eine Lanze oder einen Bodenspülstein
dem Roheisen oder der Basislegierung zur Reaktion zugeführt.
Beim Frischen von Stählen mit gasförmigem Sauerstoff
ergibt sich derzeit eine Blaszeit von 15 bis 18 min, um die im Roheisenbad
enthaltenen Elemente wie beispielsweise Kohlenstoff, Silizium, Phosphor und
Mangan zu oxidieren und damit das Roheisen bzw. Basislegierungen
zu Stahl umzuwandeln. Daneben kommen auch pfannenartige Eintragsysteme zum
Einsatz, bei denen ein Behandlungsgas, beispielsweise ein Spülgas
für Stahl- oder Aluminiumschmelzen von unten in die Schmelze
eingeperlt werden. Ein solches System ist beispielsweise aus der
EP 0 376 008 A1 bekannt.
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Durch
die
DE 43 15 342 C1 ist
weiterhin bekannt, beim Stahlschmelzen als Frischmittel flüssigen
Sauerstoff als einphasige Flüssigkeit oder als Zweiphasengemisch,
bestehend aus Gas und Flüssigkeit, einzusetzen. Im letzteren
Falle wird der flüssige und gasförmige Sauerstoff
in getrennten Strahlen auf das Bad geblasen. Der aus
DE 43 15 342 C1 bekannte
Sauerstoffeintrag beim Frischen von Stahl hat jedoch den wesentlichen
Nachteil, dass der zum Verdrängen der Schlacke über
dem Stahlbad verwendete Impuls des Gasstahles nicht für
den flüssigen Sauerstoffstrahl genutzt werden kann. Der
flüssige Sauerstoffstrahl prallt auf die Schlacke auf und verdampft
dabei zu einem bedeutenden Teil, welcher für den Frischeprozess
nicht mehr zur Verfügung steht.
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Aus
der
WO 2004/104231
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln
von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen bekannt, bei dem
der Frischeprozess durch Zufuhr von Sauerstoff in gasförmigem
und flüssigen Zustand erfolgt. Dabei wird aus einer oberhalb
des Schmelzbades angeordneten Blaslanze ein Strahl aus flüssigem
Sauerstoff von einem Strahl aus gasförmigem Sauerstoff geführt
und in Richtung Schmelze ausgetragen. Um die Blaslanze von den hohen
Temperaturen der Schmelze zu schützen, mündet
die Blaslanze weit vor der Schmelzenoberfläche aus. Um
dennoch einen Eintrag des Sauerstoffs in die Schmelze zu gewährleisten,
ist die Mündungsöffnung der Blaslanze mit einer
düsenfömigen Verengung versehen, die eine erhöhte
Austraggeschwindigkeit des gasförmigen Sauerstoffs erlaubt.
Dadurch gelangt der flüssige Sauerstoff, ohne wesentlich
zu verdampfen, bis zur Schmelzbadoberfläche. Dort verdampft
er aufgrund der großen Temperaturunterschiede schlagartig
und bewirkt eine intensive Badbewegung und schafft so eine große
Oberfläche für die Reaktion zwischen dem gasförmigen
Sauerstoff und den Bestandteilen der Metallschmelze. Dieser Gegenstand
hat sich im Allgemeinen bewährt. Die schlagartige Verdampfung des
Sauerstoffs an der Badoberfläche hemmt jedoch die Eindringtiefe
des Sauerstoffstrahls in die Metallschmelze. Zudem führt
die düsenförmige Verengung an der Mündungsöffnung
zu unterschiedlichen Geschwindigkeitsprofilen von flüssigem
und gasförmigem Sauerstoff und damit zum Auftreten turbulenter und
die Effektivität mindernder Strömungen an den Grenzflächen
der beiden Medien.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Erhöhen der Eindringtiefe eines zur Behandlung einer
Metallschmelze vorgesehenen Gases in die Metallschmelze zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen,
insbesondere Stahl- oder Aluminiumschmelzen, bei dem ein verflüssigtes Behandlungsgas
mittels einer Blaslanze in eine Metallschmelze eingetragen wird,
ist also dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Düse
ausgehender Strahl verflüssigten Behandlungsgases innerhalb
eines bis zumindest annähernd an die Metallschmelze reichenden
rohrförmigen Zuströmkanals von einem Strom eines
Inertgases geführt und an einer Mündungsöffnung
des Zuströmkanals als ein vom Inertgas umhüllter
Strahl in Richtung auf die Metallschmelze ausgestoßen wird.
Als „verflüssigtes Behandlungsgases” ist
hier jedes Gas verstanden, das bei Temperaturen, die niedriger als
die Temperaturen der Metallschmelze sind, und bei den in der Blaslanze
herrschenden Druckverhältnissen in den flüssigen Zustand
bringbar ist. Insbesondere handelt es beim verflüssigten
Behandlungsgas um ein tiefkalt verflüssigtes kryogenes
Gas, wie beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Argon oder ein Gasgemisch,
deren Komponenten sämtlich oder teilweise im verflüssigten
Zustand vorliegen. Die Erfindung lässt sich zur Behandlung
aller Arten von Metallschmelzen aus dem Eisen oder Nicht-Eisen Bereich
einsetzen, insbesondere Stahl- oder Aluminiumschmelzen.
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Der
Inertgasstrom wird durch den bis zumindest annähernd an
die Metallschmelze reichende rohrförmige Zuströmkanal
daran gehindert, sich aufzuweiten und dringt somit in einem räumlich
kleinen Bereich konzentriert und mit einer hohen Impulsstromdichte
in die Metallschmelze ein. Dabei ermöglicht der kurze Abstand
zur Metallschmelze den Verzicht auf düsenförmige
Verengungen an der Mündungsöffnung. Dadurch tritt
das Inertgas in einer zumindest weitgehend laminaren Strömung
aus der Mündungsöffnung des Zuströmkanals
aus und die Ausbildung von turbulenten Strömungen wird
weitgehend unterdrückt. Der Eintrag in die Metallschmelze erfolgt
dabei bevorzugt so, dass das Inertgas eine Kaverne in die Oberfläche
der Metallschmelze formt. Dabei sollte eine zu hohe Geschwindigkeit
des Inertgasstroms beim Eintrag in die Schmelze vermieden werden,
da diese zu einer starken Bewegung der Schmelze und zur Ausbildung
von die Effizienz des Eintrags mindernden Inertgasbläschen
in der Schmelze führen kann. Nachdem das Inertgas in die Oberfläche
der Metallschmelze eine Kaverne erzeugt hat, kann die Blaslanze
mit ihrer Mündungsöffnung noch weiter in diese
Kaverne hinein verfahren werden. Das Inertgas reagiert dabei nicht
mit der Schmelze, sondern dient lediglich der Formung der Schmelzbadoberfläche
und der Kühlung der Blaslanze. überraschend hat
sich gezeigt, dass die Blaslanze durch das durch den Zuströmkanal
hindurch geführte und nach Durchlaufen der Kaverne an der
Außenfläche der Blaslanze zurückströmende
Inertgas ausreichend gekühlt wird, um einen wirtschaftlichen Einsatz
der Erfindung zu gewährleisten.
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Das
innerhalb der Blaslanze durch das Inertgas umhüllte und
geführte verflüssigte Behandlungsgas tritt als
ein kompakter Strahl aus der Blaslanze aus, durchläuft
die vom Inertgas geschaffene Kaverne und dringt aufgrund der konzentrischen
Strahlführung im Bereich des tiefsten Punktes der Kaverne
in die Metallschmelze ein. Im Unterschied zum Gegenstand der
WO 2004/104231 A1 wird
eine starke Bewegung der Metallschmelze vermieden, und das Behandlungsgas
wird sehr konzentriert und tief in die Schmelze eingetragen.
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Die
konzentrierte Zuführung des verflüssigten Behandlungsgases
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren reduziert
das insgesamt eingetragene Gasvolumen gegenüber Einrichtungen
nach dem Stande der Technik. Die Behandlung, insbesondere der Frischprozess,
kann durch die Beeinflussung des Verhältnisses der Eintragsmengen
an Inertgas und verflüssigtem Behandlungsgas und/oder durch
die Beeinflussung des Inertgasdrucks bzw. des Drucks des verflüssigten
Behandlungsgases sowie dem Querschnitt des für das Inertgas
eingesetzten Zuströmkanals gesteuert werden. Des Weiteren
kann durch Variation des Drucks des verflüssigten Behandlungsgases
und der Düsengeometrie die Auftreffenergie des verflüssigten
Behandlungsgases beeinflusst werden. Der Druck kann auch dazu genutzt werden,
das Behandlungsgas im verflüssigten Zustand zu halten (Druckverflüssigung),
wie dies beispielsweise für Kohlendioxid als Behandlungsgas
angebracht ist. Das verflüssigte Behandlungsgas wird entsprechend
der herrschenden Strömungsverhältnisse und der
Reynoldszahl – entweder als homogener Flüssigkeitsstrahl
oder als Tröpfchenstrahl – in die Metallschmelze
eingebracht, oder auf diese aufgebracht.
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Bevorzugt
werden der Strahl des verflüssigten Behandlungsgases und
der Strom des Inertgases mit gleicher Geschwindigkeit durch den
Zuströmkanal hindurch geführt, es liegt als eine
sogenannte „kohärente” Strahlführung
vor. Aufgrund der geringen Distanz zwischen der Mündungsöffnung
des Zuströmkanals und der Oberfläche der Metallschmelze bleibt
die Kohärenz auch bis zumindest annähernd zum
Auftreffen des Inertgasstroms auf die Schmelzenoberfläche
erhalten. Die kohärente Strömungsführung
minimiert Reibungsverluste an der Grenzfläche zwischen
dem Strahl des verflüssigten Behandlungsgases und dem umgebenden
Inertgasstrom und führt zu einem besonders tiefen Eintrag
des verflüssigten Behandlungsgases in die Metallschmelze.
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Bevorzugt
wird der Strahl des verflüssigten Behandlungsgases zentrisch
innerhalb des Zuströmkanals geführt. Dadurch wird
insbesondere gewährleistet, dass das flüssige
Behandlungsgas vom Inertgas geführt und gleichmäßig
umhüllt in die Metallschmelze eindringt.
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Vorzugsweise
wird das verflüssigte Behandlungsgas derart in die Metallschmelze
eingetragen, dass sich in der Oberfläche der Metallschmelze
eine Kaverne ausbildet, deren Tiefe und Breite vom Impulsstrom des
Inertgases, von der Geometrie des Zuströmkanals und vom
Abstand der Mündungsöffnung des Zuströmkanals
von der Oberfläche der Metallschmelze abhängt.
Eine starke Bewegung der Schmelze durch den Gaseintrag oder die
Ausbildung von Inertgasblasen in der Schmelze soll somit vermieden
werden.
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Der
Strahl des verflüssigten Behandlungsgases kann während
des Einsatzes der Blaslanze vorteilhaft kontinuierlich, also mit
einem festen oder stetig sich ändernden Strom, oder intermittierend,
also in Form aufeinander folgender Pulse, eingesetzt werden, wobei
im letztgenannten Fall der pro Zeiteinheit eingedüste Mengenfluss
durch eine Variation der Pulsdauern verändert werden kann.
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Ebenso
kann der vom Inertgasstrom umhüllte und geführte
Strahl des verflüssigten Behandlungsgases als kompakter
Flüssigkeitsstrahl oder als ein innerhalb eines vom umgebenden,
sauerstoffarmen Inertgasstrom abgrenzbaren Bereiches in Tröpfchen
aufgelöster Strahl eingesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zum
Zwecke des Frischens oder des Spülens der Metallschmelze
eingesetzt. Beim Frischen wird als verflüssigtes Behandlungsgas
Sauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gas eingesetzt, wobei als „sauerstoffreiches
Gas” hier jedes Gas mit einem höheren Sauerstoffgehalt
als der von Luft (20 Vol.-%) gemeint ist. Als verflüssigtes
Spülgas kommt beispielsweise ein Inertgas zum Einsatz,
etwa Argon der Stickstoff, der als Flüssigkeitsstrahl von
einem Hüllstrom des gleichen oder eines anderen Inertgases
umgeben ist.
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Bevorzugt
enthält der Inertgasstrom Argon und/oder Stickstoff und/oder
Kohlendioxid. Insbesondere bei Argon oder Stickstoff wird eine Reaktion
mit Bestandteilen der Schmelze zumindest weitgehend ausgeschlossen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung zum Behandeln
von Metallschmelzen, insbesondere Stahl- oder Aluminium- oder Schmelzen
gelöst, die mit einer in einem Behandlungsraum angeordneten
Blaslanze, bei welcher ein Inertgas aus einer Gasversorgung über
einen Zuströmkanal zu mindestens einer Ausströmdüse
geführt wird, und mit mindestens einer an einer Flüssiggasversorgung
angeschlossenen Ausströmdüse für ein
verflüssigtes Behandlungsgas ausgerüstet ist, und
die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausströmdüse
für das verflüssigte Behandlungsgas – vorzugsweise
konzentrisch – in dem Zuströmkanal für
das Inertgas angeordnet ist und die Blaslanze mit ihrer Mündungsöffnung
zumindest annähernd bis in den Bereich der Oberfläche
einer im Behandlungsraum vorliegenden Metallschmelze vorsteht.
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Die
Versorgung der Blaslanze mit dem verflüssigten Behandlungsgas
erfolgt auf an sich bekannte Weise, jedoch besonders vorteilhaft
mittels einer aus der
DE
43 15 343 C1 bekannten Vorrichtung. Dazu sind die das verflüssigte
Behandlungsgas von der Flüssiggasversorgung zur Blaslanze
führenden Leitungen als flexible Schläuche ausgebildet
und vakuumisoliert. Bei einem druckverflüssigten Behandlungsgas
sind die Leitungen dem erforderlichen Druck entsprechend druckfest
ausgebildet.
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Im
Betrieb der Blaslanze ist der Zuströmkanal bevorzugt derart
im Behandlungsraum angeordnet, dass die Mündungsöffnung
des Zuströmkanals innerhalb einer durch den Inertgasstrom
in der Oberfläche der Metallschmelze geformten Kaverne
angeordnet ist. Die Mündungsöffnung befindet sich
dabei also geodätisch gesehen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels,
den de Schmelze ohne Gaseintrag hätte.
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Zweckmäßigerweise
ist die Blaslanze axial beweglich im Behandlungsraum angeordnet.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Lanze als verzehrende
Lanze ausgebildet ist, deren Spitze im Laufe der Behandlung abschmilzt.
Durch die axiale Beweglichkeit kann die Lanze nachgefahren und somit
die bevorzugten geometrischen Verhältnisse aufrecht erhalten
werden.
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Als
besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Zuströmkanal
zylindrisch ausgebildet und die Ausströmdüse auf
der Längsachse des Zuströmkanals ausgerichtet
ist. Der Strahl des verflüssigten Behandlungsgases durchläuft
also den Zuströmkanal als zentrischer Strahl in einer über
die Länge des Zuströmkanals zumindest im Wesentlichen
gleichbleibenden Strömung des Inertgases und tritt an der die
Grundfläche des zylinderförmigen Zuströmkanals bildenden
Mündungsöffnung aus. Der Zuströmkanal weist
an seiner Mündungsöffnung dabei keine düsenförmige
Verengung auf. Das den Strahl des verflüssigten Behandlungsgases
ummantelnde Inertgas tritt somit in als gleichfalls nahezu zylindrisch
geformter Strahl in zumindest nahezu laminarer Strömung
aus dem Zuströmkanal aus und dringt unmittelbar darauf tief
in die Metallschmelze ein.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Blaslanze
eine Kühleinrichtung, vorzugsweise eine Wasserkühlung
aufweist. Eine solche Lanze ist zwar aufwändiger im Aufbau,
besitzt jedoch eine längere Lebensdauer.
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Bevorzugt
weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuereinrichtung
zur Einstellung oder Regelung der Menge, der Fließgeschwindigkeit und/oder
der Temperatur des eingetragenen verflüssigten Behandlungsgases
und/oder des Inertgases auf.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Die
einzige Zeichnung zeigt schematisch eine erfindungsgemäße
Blaslanze für das Eintragen eines Behandlungsgases in eine
Metallschmelze. Ohne, dass damit eine Beschränkung der
Erfindung verbunden sein soll, wird im Folgenden beispielhaft eine
Blasvorrichtung zum Frischen einer Metallschmelze, beispielsweise
einer in einem Konverter befindlichen Stahlschmelze, mit Sauerstoff
oder einem sauerstoffreichen Gas beschrieben. Die in der Zeichnung
schematisch dargestellte Einrichtung kann jedoch auch beispielsweise
zum Schmelzenspülen mit einem tiefkalt oder durch Druck
verflüssigten Inertgas eingesetzt werden oder zum Eintragen eines
sonstigen, durch Kälte oder Druck verflüssigten und
nach dem Eintrag mit der Metallschmelze oder mit einzelnen Bestandteilen
daraus reagierenden Behandlungsgases.
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Die
erfindungsgemäße Blasvorrichtung umfasst eine
in einem hier nicht gezeigten Behandlungsraum angeordnete Blaslanze 1, über
deren mit einer Wasserkühlung 2 ummantelten Zuströmkanal 3 ein Inertgas
durch eine Mündungsöffnung 4 als gasförmiger
Inertgasstrahl 5 ausgetragen wird. Als Inertgas kommen
grundsätzlich alle Gase in Betracht, die nicht chemisch
mit Bestandteilen der Schmelze reagieren, bevorzugt sind jedoch
Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas wie Argon, bzw. Gemische
aus diesen Gasen. Bei Bedarf können den Inertgasen jedoch
auch geringe Mengen anderer Gase beigemischt werden, die mit Bestandteilen
der Schmelze reagieren. Der Zuströmkanal 3 der
Blaslanze 1 ist sehr lang ausgebildet und erstreckt sich
von einer hier nicht gezeigten Wand der Behandlungskammer bis ungefähr
zur Oberfläche 12 der Metallschmelze 13.
Eine derartige Blaslanze kann beispielsweise eine Länge
von bis zu fünf Metern aufweisen. Der Innenraum des Zuströmkanals 3 ist
zylindrisch ausgebildet und öffnet sich an seiner der Metallschmelze 13 zugewandten
Seite zur Mündungsöffnung 4, die die
gesamte Grundfläche den zylinderförmigen Innenraumes
ausmacht; eine Düse in Gestalt beispielsweise einer Verengung
im Bereich der Mündungsöffnung 4 ist
nicht vorgesehen.
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Die
im Ausführungsbeispiel als Blasvorrichtung für
das Frischen einer Metallschmelze mit Sauerstoff konzipierte Vorrichtung
weist zudem eine weitere Lanze für Flüssigsauerstoff
(LOX-Lanze 6), die zentrisch in der von der Metallschmelze 13 abgewandten
Wand des Zuströmkanals 3 der Blaslanze 1 aufgenommen
ist und sich ein Stück weit in den Zuströmkanal 3 hinein
erstreckt. Die Länge des in den Zuströmkanal 3 hineinreichenden
Teils der LOX-Lanze 6 ist sehr viel kleiner als die Länge
des Zuströmkanals 3 selbst und beträgt
beispielsweise nur ein Viertel oder weniger der Gesamtlänge
des Zuströmkanals 3. Die LOX-Lanze 6 weist
einen mit einer Wärmeisolierung 7 versehenen LOX-Zuströmkanal 8 auf, über
den tiefkalter flüssiger Sauerstoff durch eine Ausströmdüse 9 austritt.
Die das vorzeitige Verdampfen des den LOX-Zuströmkanal 8 durchfließenden flüssigen
Sauerstoffs verhindernde Wärmeisolierung 7 besteht
aus einem üblichen Isolationsmaterial. Der als kompakter
Strahl aus der Ausströmdüse 9 austretende
flüssige Sauerstoff durchströmt, vom Inertgasstrahl 5 umhüllt,
den Zuströmkanal 3 zentrisch bis zur Mündungsöffnung 4 und
tritt anschließend als ein im weiteren Verlauf vor der
Mündungsöffnung 4 vom Inertgasstrahl 5 geführter
Strahl aus flüssigem Sauerstoff aus.
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Beim
Betrieb der Blaslanze 1 tritt ein Inertgas durch eine Inertgaszuführung 11 mit
einem Druck von beispielsweise 20 bar in den Zuströmkanal 3 ein.
Die Zufuhr des Inertgases in die Inertgasleitung 11 erfolgt – hier
nicht gezeigt – aus einer üblichen Gasversorgung,
beispielsweise einer Rohrleitung oder einem Flüssigtank
mit angeschlossenem Kaltverdampfer, in die Blaslanze 1 über
eine bevorzugt als flexibler Schlauch ausgebildete Leitung. Zugleich
wird flüssiger Sauerstoff aus einer hier gleichfalls nicht
gezeigten Flüssigsauerstoffversorgung, beispielsweise ein LOX-Tank,
durch die Ausströmdüse 9 in den Zuströmkanal 3 eingetragen.
Der Druck des Inertgases an der Inertgaszuführung 11 und
der Druck im Zuströmkanal 8 für den Flüssigsauerstoff
kann dabei variiert werden und wird bevorzugt so eingestellt, dass
sich der Strom des Inertgases und der von diesem geführte
Flüssigsauerstoffstrahl 10 im Innern des Zuströmkanals 3 mit
gleicher Geschwindigkeit bewegen („Kohärenz”).
Auf diese Weise entstehen fast keine turbulente Strömungen
an der Grenzfläche zwischen dem zentrisch geführten
Flüssigsauerstoffstrahl 10 und dem diesen umhüllendem
Inertgasstrom 5, wodurch der Wärmeeintrag in den
Flüssigsauerstoffstrahl 10 und somit die Verdampfung des
Flüssigsauerstoffs gering bleibt. Um den Wärmeeintrag
noch weiter zu vermindern ist es im Rahmen der Erfindung auch vorstellbar,
ein gekühltes Inertgas zu verwenden, beispielsweise kalter
gasförmiger Stickstoff, der eine nur geringfügig
höhere Temperatur als der Flüssigsauerstoffstrahl 10 aufweist.
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Aufgrund
der Führung des Inertgasstromes im Zuströmweg 3 bis
in den Bereich der Oberfläche 12 der Metallschmelze 13 trifft
das Inertgas als räumlich kompakter und nahezu laminarer
Strom mit hoher Stromdichte auf und erzeigt in der Oberfläche 12 der
Metallschmelze 13 eine tiefe Kaverne 14. Durch die
Ausströmdüse 9 der LOX-Lanze 6 tritt
tiefkalter, flüssiger Sauerstoff als ein vom Inertgasstrahl 5 umhüllter
zentrischer Strahl aus und dringt nach Durchlaufen des Zuströmkanals 3 und
der Kaverne 14 aufgrund der zentrischen Strahlführung
ungefähr an der tiefster Stelle der Kaverne, am Minimum 15,
als konzentrierter Strahl 10 in die Metallschmelze 13 ein.
Um den Querschnitt des Strahls 10 im Bereich der Auftreffstelle
so gering wie möglich zu halten, kann die Blaslanze 1,
nach der Formung der Kaverne 14 durch den Inertgasstrom,
in axialer Richtung noch tiefer in die Kaverne 14 hinein
verfahren werden. Der Strahl 10 flüssigen Sauerstoffs
wird den jeweiligen Strömungsverhältnissen und
der Reynoldszahl angepasst und kann entweder als homogener Flüssigkeitsstrahl
oder als Tröpfchenstrahl der Metallschmelze 13 zugeführt
werden.
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Die
Ausbildung des Strahls 10 flüssigen Sauerstoffs
kann durch den Grad seiner Unterkühlung sowie durch die
Wahl des umhüllenden Inertgases beeinflusst werden.
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Der
Strahl 10 flüssigen Sauerstoffs kann auch intermittierend
der Metallschmelze 13 zugeführt werden, um den
Sauerstoff möglichst tief in die Metallschmelze 13 eindringen
zu fassen.
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Anstelle
eines mit einer Wasserkühlung 2 ausgerüsteten
Zuströmkanals 3 kann auch eine abschmelzende Lanze
vorgesehen sein, bei der der Zuströmweg des Inertgases über
ein einfaches Metallrohr realisiert wird. Da dieses Metallrohr im
Lauf des Einsatzes der Blaslanze von der Mündungsöffnung her
allmählich abschmilzt, muss die Blaslanze in diesem Fall
beständig nachgeführt werden, damit sich die Mündungsöffnung
der Blaslanze beständig im Bereich der Schmelzbadoberfläche 12 befindet.
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Wie
bereits erwähnt kann die in der Zeichnung gezeigte Blaslanze 1 auch
zum Eintragen eines sonstigen Behandlungsgases in eine Metallschmelze eingesetzt
werden. In diesem Falle entspricht der Strahl 10 flüssigen
Sauerstoffs des vorgenannten Ausführungsbeispiels einem
Strahl eines verflüssigten Behandlungsgases. Beispielsweise
kann die Blaslanze 1 auf diese Weise zum Spülen
einer Schmelze, z. B. einer Aluminiumschmelze, mit einem verflüssigten
Inertgas eingesetzt werden. Dabei kann es sich bei dem verflüssigten
Inertgas um das gleiche oder um ein anderes Gas als das im umhüllenden
Inertgasstrom eingesetzte Gas handeln. In diesem Fall wird beispielsweise
als Behandlungsgas (Spülgas) verflüssigtes Argon
und als umhüllendes Inertgas gasförmiges Argon
oder gasförmiger Stickstoff eingesetzt.
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- 1
- Blaslanze
- 2
- Wasserkühlung
- 3
- Zuströmkanal
(für Inertgas)
- 4
- Mündungsöffnung
- 5
- Inertgasstrahl
- 6
- LOX-Lanze
- 7
- Wärmeisolierung
- 8
- LOX-Zuströmkanal
- 9
- Ausströmdüse
(LOX)
- 10
- LOX-Strahl
- 11
- Inertgaszuführung
- 12
- Oberfläche
- 13
- Metallschmelze
- 14
- Kaverne
- 15
- Minimum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0376008
A1 [0003]
- - DE 4315342 C1 [0004, 0004]
- - WO 2004/104231 A1 [0005, 0010]
- - DE 4315343 C1 [0020]