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Vorrichtung und Verfahren zum Einblasen pulverförmiger oder gekörnter
Stoffe in ein Metallbad Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einblasen
pulverförmiger oder gekörnter, in einem Gas oder Gasgemisdh suspendierter Stoffe
auf oder in ein Metallbad von oben, sowie auf ein Verfahren zu ihrem Betrieb.
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Beim Einblasen, solcher Stoffe wird das Gemisch von Gas und festem
Stoff unter Druck durch eine in ein Blasrohr endigende Leitung gefördert. Das Blasrohr
ist im allgemeinen an seinem Ende mit einer sich verengenden und wieder erweiternden
Düse versehen, deren Zweck darin besteht, das Gemisch bei dem Austritt aus dem Blasrohr
in Form eines regelmäßigen, mit großer Geschwindigkeit bewegten Strahles sich entspannen
zu lassen.
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Die gewöhnlich hierzu verwendete, an sich bekannte Düsenanordnung
enthält einen sich verengenden Teil, der einerseits unmittelbar an die Blasrohrleitung
angepaßt ist, andererseits in den sich erweiternden Endteil durch Vermittlung eines.zylindrischen
Teiles oder Halses von engerem Querschnitt übergeht, dessen Durchmesser durch die
thermodynamischen Eigen7 schaften des eingeblasenen Mediums und durch die beim Austritt
aus der Düse zu erreichende Stärke der Strömung bestimmt ist.
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In dem gewöhnlichen Fall des Einblasens eines nicht mit Festkörpern
gemischten gasförmigen Mediums verwendet man üblicherweise Düsen mit Verengung und
Erweiterung, bei denen das Verhältnis der Länge des Halses zu seinem inneren Durchmesser
allgemein kleiner als 1 ist. In dem Düsenhals ist das Medium nämlich Reibungskräften
unterworfen, die der Halslänge proportional sind, und diese muß daher so kurz wie
möglich sein. Übrigens stellt man fest, daß im Fall der Einspritzung eines nicht
mit Festkörpern gemischten gasförmigen Mediums diese Halsform die leichte Erzeugung
eines regelmäßigen Strahles ermöglicht.
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Andererseits ist der Eintrittsquerschnitt des Verengungskonus allgemein
gleich dem Leitungsq uerschnitt des Blasrohres, dem sich der Konus anpaßt. Zwischen
diesem Eintrittsquerschnitt und dem, mit dem Halsquerschnitt übereinstimmenden Austrittsquerschnitt
wird die Länge des Konus willkürlich gewählt oder häufiger in Abhängigkeit von einer
Zusatzbedingung bestimmt, Man karin beispielsweise diese Länge so wählen, daß der
Druck des Mediums sich entlang des Konus linear ändert. Im übrigen gibt man dem
Erweiterungskonus allgemein einen gesamten Öffnungswinkel unterhalb von 20', um
ein Ablösen der Strömung zu vermeiden.
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Bei allen bekannten Düsen mit Verengung und Erweiterung ist die Länge
des Verengungskonus jedenfalls unabhängig von der Halslänge. -
Wenn man ein
gasförmiges Medium einbläst, das keine festen Stoffe in Suspension hält, genügen
die angegebenen Eigenschaften der Düse, um am Ausgang des Blasrohres einen regelmäßigen
Strahl zu erhalten.
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Dagegen stellt man im Fall des Einblasens eines gasförmigen Mediums
mit darin suspendierten festen Stoffen in Pulverform oder Körnern fest, daß die
oben -beschriebenen bekannten Düsentypen nur schwer die Gewinnung eines regelmäßigen
Strahles ermöglichen. - Außerdem ist bei den Verfahren zur Einspritzung fein-verteilter,
in einem Gas suspendierter.Festkörper in ein Metallbad höchst wichtig, einen Strahl
von sehr kleinem öffnungswinkel zu erhalten, der imstande ist, tief in das Bad einzudringen,
und die bekannten Düsenanordnungen erlauben nicht die Erfüllung dieser wichtigen
Bedingung. Verwendet man eine Düsenanordnung, die ohne weiteres den oben angegebenen
allgemeinen Merkmalen entspricht, so stellt man fest, -daß trotz der Wahl eines
kleinen Öffnu - ngswinkels der Erweiterung der aus dein Blasrohr austretende
Strahl sich auszubreiten sucht, was einen wesentlichen Nachteil bilden kann.
Die
vorliegende Erfindung hat eine Düsenanordnung zum Gegenstand, die insbesondere für
ein Blasrohr zum Einblasen pulverförmiger oder gekörnter, in einem Gas oder Gasgemisch
suspendierter Stoffe in ein Metall»bad bestimmt ist und die leichte Erzeugung eines
regelmäßigen, feinen und geschlossenen Strahles gestättet, der imstande ist, tief
in das Bad einzudringen.
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, Die den Gegenstand defErfindung bildende Düsenanordnung ist
im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser D des Eintrittsquerschnittes
ihres Verengungskonus, die Länge L des Konus, der Durchmesser d des Halsquerschnittes
und die Länge C
des Halses durch die Formel
verknüpft sind, worin K größer als 2 ist.
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Es wurden vorteilhafte Ergebnisse mit einer Düsenanordnung erzielt,
deren Abmessungen der angeführten Formel entsprechen, in der K zwischen
2,5 und 3
liegt.
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Im allgemeinen haben die Düsenanordnungen Kreisquerschnitte. Daher
wurde in der vorstehenden Kennzeichnung der Erfindung angegeben, daß das in der
Formel betrachtete Merkmal der Querschnitte deren Durchmesser ist. Es wird jedoch
hervorgehoben, daß es nicht aus dem Rahmen der Erfindung fällt, wenn die Düsenanordnung
mit nicht kreisförmigeln Querschnitt, z. B. mit elliptischem Querschnitt, ausgeführt
wird. In diesem Fall ist das zu -betrachtende Merkmal der Düsenquerschnitte ihre
größte Abmessung, z. B..: die große Achse der Ellipse, wenn der Querschnitt elliptisch
ist.
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Es wurde ferner gefunden, daß man vorteilhafte Ergebnisse bei Verwendung
einer Düse nach der Erfindung erhält, worin das Verhältnis
der Länge des Halses zu seinem inneren Durchmesser größer als 2 ist und vorzugsweise
zwischen 3 und 5 liegt. Der Düsenhals ist hier also verhältnismäßig
lang.
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Es wurde auch gefunden, daß man gemäß der Erfindung am Ausgang des-
Blasrohres einen regelmäßigeren Strahl von engerem Öffnungswinkel erhält, wenn die
oben beschriebene Düsenanordnung zugleich einen äußeren Erweiterungskonus hat, dessen
gesamter - durch zwei diametral gegenüberliegende Erzeugende gebildeter
- öffnungswinkel kleiner oder gleich 6' ist, im Gegensatz zu bekannten
und gewöhnlich verwendeten Düsenanordnungen, in denen dieser Winkel allgemein über
6' ist.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist bei beliebiger Form des Konus
zwischen seinem Eintrittsquerschnitt und seinem Halsquerschnitt anwendbar, wobei
die Erzeugende des Kegelstumpfes geradlinig oder gekrümmt sein kann.
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So wurde es gemäß der Erfindung als für die Erzielung eines regelmäßigeren
Strahles von engerem Öffnungswinkel vorteilhaft gefunden, dem Verengtingskopus auch
eine gegen außen konkave Wandfläche zu geben, die durch die Rotation einer gegen
außen konkaven Kurve um die Düsenachse erhalten wird, welche Kurve einerseits an
die innere Leitung ,des Blasrohres anschließt und andererseits in das Halsprofil
der Düsenanordnung tangential übergeht. Diese besondere Düsenforrn erleichtert die
Strömung des Strahles der Mischung von Gas und Festkörper und- trägt dazu bei, ihn
an der Ausbreitung am Ausgang des Blasrohres zu hindern. Die Zeichnung zeigt als
Beispiel, ohne daß die Erfindung auf dieses beschränkt ist, einen Längsschnitt einer
gemäß der Erfindung ausgeführten Düse. Diese besteht aus einem Verengungskonus
1, der mit dem Erweiterungskonus 2 durch den Hals 3 verbunden ist.
Die Länge des Halses 3 ist gleich dem 4,1fachen des inneren Durchmessers
des Halses. Der Öffnungswinkel 4 des Erweiterungskonus 2 ist gleich 4' 40'. Der
Konus 1 hat ein gegen außen konkaves Profil und tangiert bei 5 den
Hals 3. Außerdem sind die Ab-
messungen des Konus und des Halses durch
die Formel
verknüpft, worin K-gleich 2,2 ist.
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Die Düsenanordnung gemäß der Erfindung kann am Ende des Blasrohres
einfach befestigt werden. Man kann beispielsweise zu diesem Zweck, wie es die Zeichnung
zeigt, die Düsenanordnung entgegen der Strömungsrichtu'ng durch einen inneren mit
Schraubengewinde versehenen Teil verlängern, der auf die mit Außengewinde versehene
Leitung des Blasrohres aufzuschrauben ist.
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Handelt es sich um ein Blasrohr mit Wasserkühlung, so kann die gemäß
der Erfindung ausgeführte Düsenanordnung in das Innere des gekühlten Blasrohrendes
eingeführt und dort befestigt werden. Man kann auch das Blasrohr so ausführen, daß
dessen gekühltes Ende in einem Stück auch die Düsenanordnung gemäß der Erfindung
enthält.
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Wie oben gesagt wurde, besteht der wesentliche Vorteil der Anordnung
nach der Erfindung darin, daß sie mit Sicherheit die Erzeugung eines feinen, geschlossenen
und regelmäßigen, tief in das Bad eindringenden Strahles erlaubt. Ein anderer Vorteil
der Anordnung, nach der Erfindung liegt darin, daß sie ermöglicht, augenblicklich
und ebenfalls mit Sicherheit einen mehr ausgebreiteten und weniger tief in das Bad
eindringenden Strahl herzustellen, wenn es gewünscht wird, z. B. um das Schäumen
der Schlacke im Verlauf eines Windfrischvorganges herbeizuführen oder zu begünstigen.
Hierzu genügt es, den Gasdruck vor der Düse über den Druck zu erhöhen, bei dem sie
normal arbei tet und einen feinen Strahl liefert. Nach entsprechender Entwicklung
des Schäumens kehrt man zu einem dem normalen Gasdruck gleichkommenden Druck zurück.
Man kann so durch Erhöhung des Gasdrucks vor der Düse um 1 kg/cm2 den StrabIquerschnitt
um 2 bis 10% vergrößern, je nach dem Betrag des normalen Drucks und je nach
der Stärke der Gasströmung. Beispielsweise wurde mit einer der Erfindung entsprechenden,
Düse, die bei normalem Druck von 5 kg/CM2 einen feinen Strahl abgab, ein
Strahl mit um 18 bis 25 % vergrößertem Querschnitt erhalten, wenn
der Gaseintrittsdruck über 8 kg/cm2 gesteigert wurde; die Erfindung ist jedoch
nicht auf dieses Beispiel beschränkt.