DE1100221B

DE1100221B - Gasaustrittsduese

Info

Publication number: DE1100221B
Application number: DEU4437A
Authority: DE
Inventors: Kurt Conrad Gehring
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1956-07-03
Filing date: 1957-03-21
Publication date: 1961-02-23
Also published as: US2807506A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasaustrittsdüse, insbesondere zur Zuführung von Sauerstoff zu den Brennern in Siemens-Martin-Öfen.

Der Brennerbetrieb mit Sauerstoff im Siemens-Martin-Ofen führt zu einem schwierigen Problem bezüglich der Brennerdüsenkühlung. Das Sauerstoffzuführungsrohr wird 'durch eine öffnung in der Ofenabdeckung eingeführt, und die Düse wird auf eine nur kurze Entfernung von der Ofencharge abgesenkt. Hier ist sie sehr hohen Temperaturen unterworfen, so daß eine Verbrennung durch Kühlung hintangehalten werden muß. Trotzdem ist die Düse stark gefährdet, wenn sie durch zufällige Berührung mit der Ofencharge etwa beschädigt wird. Bei unzulässiger Erhitzung derselben tritt noch die Gefahr auf, daß 'das Kühlwasser plötzlich mit explosiver Kraft verdampft und auf die Düseti zerstörend einwirkt.

Bei bekannten Wasserkühlungen von Gasaustrittsdüsen für Industrieöfen sind die Brennstoffzuführleitungen wie auch die Brennstoffdüsen konzentrisch ineinander verlegt. Das äußere der konzentrischen Wasserkühlrohre sowie die äußere der konzentrischen Düsen sind von einem im Querschnitt ringförmigen Wasserkühlmantel umgeben, auf den vorn der Düsenkopf aufgeschraubt ist. In 'den; Düsenkopf wird¹ über ein außen längs am Kühlmantel verlegtes Zuleitungsrohr das Kühlwasser zugeführt, das durch den Düsenkopf strömt, dann durch den Kühlwassermantel im Gegenstrom zum Brennstoff zurückläuft und am Hinterende des Wassermantels abgeführt wird. Die Wärmeabfuhr wird hier praktisch nur von dem vom Düsenkopf ablaufenden Wasserstrom besorgt, während der Zustrom zum Düsenkopf zur Kühlung praktisch nichts beiträgt. Ferner umspült dter Kühlwasserstrom hier nur die äußere der beiden konzentrischen Brennstoffdüsen und erreicht die innere derselben überhaupt nicht, so daß sie praktisch ungekühlt bleibt.

Der Wirkungsgrad dieser Kühlung muß daher sehr gering sein. Zu seiner Verbesserung bedarf es daher der Zufuhr großer Kühlwassermengen. Hierzu sind aber teuere Vorrichtungen erforderlich.

Ferner sind hier die sicher zu erwartenden Reparaturen schwierig auszuführen, die in den meisten Fällen den Düsenkopf betreffen werden. Das Gewinde, mit dem dieser vorn auf den Wassermantel aufgesetzt ist, wird infolge der auftretenden hohen Temperaturen verbrannt sein und sich deshalb nur schwer lösen lassen.

Die Erfindung bezweckt nun, den Wirkungsgrad d'er Kühlung der Brennerdüse bzw. der -düsen zwecks Ersparnis von Kühlwasser zu verbessern und ihre Instandhaltung und Reparatur zu erleichtern und zu verbilligen.

Erfindungsgemäß weist daher das Kühlwasserrohr

Anmelder:

United States Steel Corporation,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 4

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. Juli 1956

Kurt Conrad Gehring, Chicago, 111. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

zwei konzentrische Mantel auf, deren innerer den Wasserzulauf führt, während der äußere den Wasserrücklauf bildet. Vorn auf das axiale Gaszuführungsrohr ist mit dichtem Gleitsitz eine Kappe aufgeschoben, in deren Boden mit ihren Rückenden die Gasaustrittsdüse bzw. die -düsen eingesetzt sind, die mit ihren Vorderenden in den Boden des Düsenkopfes reichen. Zur zwangläufigen Führung des Wasserstroms trägt das Wasserzulauf-Mantelrohr vorzugsweise eine Verlängerungsmuffe vorn, die sich bis nahe an den Boden des Düsenkopfes erstreckt. Diese Muffe ist zwecks, leichter Montage mit Gleitsitz in das vordere Ende des inneren Kühlwasserrohrmantels eingesteckt und an ihrem Vorderrand nach innen umgebogen. Sie trägt auf ihrem Vorderrand Distanznasen, did gegen die Innenfläche des Düsenkopfbodens anstoßen.

Das Rückende des Düsenkopfes kann vorteilhaft auch Außengewinde tragen, das in das Vorderende des Kühlwasserrohr-Außenmantels eingeschraubt ist, wobei das vordere Ende des Kühlwasserrohr-Innenmantels mit dichtem Gleitsitz in das Düsenkopfrückende eingesteckt ist. Man kann vorteilhaft auch den Düsenkopf samt Gasrohrkappe und Düse bzw. Düsen in einem Stück gießen. Die Verlängerungsmuffe vorn am inneren Kühlwasserrohrmantel wird dann vorzugsweise mit einem Rückendflansch in den Sitz des Vorderendes des inneren Kühlwasserrohrmantels im Rückende des Düsenkopfes eingepaßt. Der Düsenkopf kann schließlich am Vorderende des äußeren Kühlwasserrohrmantels durch Rund-um-Schweißung befestigt werden.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Beschreibung und Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Mittenlängsschnitt durch ein mit der erfindungsgemäßen Düse versehenes Zuführungsrohr;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt lediglich durch die Verlängerungsmuffe ;

Fig. 3 ist eine Stirnansicht derselben;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt ähnlich Fig. 1 mit einer geringen Abwandlung, und

Fig. 5 ist eine rückwärtige Stirnansicht der Düse nach Fig. 4.

Ein Sauerstoffzuführungsrohr 10 weist eine Verbindungsmuffe 11 an einem Ende auf, die die Verbindung mit einem zu einer Gasquelle führenden Schlauch herstellt. Ein Bund 12 nahe der Verbindungsmuffe 11 bietet eine Lagerung für ein das Zuführungsrohr 10 mit Abstand umgebendes inneres Kühlwasserrohr 13. Ein entsprechender Bund 14 auf dem Rohr 13 dient als Halterung für ein äußeres Kühlwasserrohr, das eine das innere Kühlwasserrohr mit Abstand umgebende röhrenförmige Wasserkammer bildet. Im Kreise und im gegenseitigen Abstand angeordnete Zentriernasen 16 an den vorderen Enden des Gasrohres 10, des Kühlwasserrohres 13 und des Wassermantels 15, die im wesentlichen in gleicher Querschnittsebene enden, halten den richtigen Abstand zwischen diesen. Ein Wassereinlaß 17 verläuft seitlich zum inneren Kühlwandrohr 13 beim Bund 12 und ein Auslaß 18 von dem Wassermantel 15 beim Bund 14.

Ein domartiger Düsenkopf 19 mit labgerundetem Ende 20 sitzt dicht auf dem Ende des; Wassermantels 15 und ist bei 21' verlötet. Eine Kappe 22 sitzt mit dichtem Gleitsitz auf dem Ende des Gasrohres 10, welches unter leichtem Drehen in die Kappe eingesteckt ist und am Umfang mit Nuten versehen ist, die; Dichtungsringe 23 aufnehmen. Die Stirnwand der Kappe 22 ist mit konisch verlaufenden Bohrungen versehen und nimmt ein oder mehrere Düsen 24 auf, die eingeschraubt sind und durch Löcher im Boden 20 des Düsenkopfes 19 verlaufen und hier verschweißt! sind.

Eine Verlängerungsmuffe 25 sitzt fest im Ende des Wasserzulauf-Mantelrohres 13, das bei 26 eine zylindrische Aussenkung aufweist und an seinem vorderen Ende einen nach innen umgebogenen Rand 27 aufweist. Dieser ist bei 28 (Fig. 3) ausgebuchtet, so daß er lose die Düsen 24 umgibt.

Der Rand 27 weist im Kreise mit Abständen angeordnete Distanznasen 29 auf, die nach außen weisen und sich gegen die Innenfläche des Bodens 20 des Düsenkopfes 19 abstützen. Die Verlängerungsmuffe 25 ist also lose zwischen dem Wasserzulauf-Mantelrohr 13 und dem Düsenkopf 19 eingeschlossen. Der Düsenkopf 19 wird vorzugsweise so: hergestellt, daß er aus einer Kupferblechscheibe getrieben wird. Die Kappe 22 besteht vorzugsweise aus Bronze, während die Verlängerungsmuffe 25 aus gewöhnlichem Kohlenstoffstahl ebenso wie das Gasrohr 10, das Wasserzulauf-Mantelrohr 13 und das Wasserablauf-Mantelrohr 15 hergestellt sein kann.

Auf Grund der beschriebenen Konstruktion teilt sich der durch das Zuleitungsrohr 10 strömende Sauerstoff beim Durchtritt durch die Düsen 24 in divergierende Strahlen. Durch den Wassereinlaß 17 eintretendes Wasser strömt durch den Ringraum zwischen Gaszuführungsrohr 10 und dem inneren Wassermantel 13, dann durch die Verlängerungsmuffe 25, von dem Ende derselben nach einwärts, dann zwischen dem umgebogenen Innenrand 27 und der Bodenfläche des Düsenkopfes 20 und um die Düsen 24 nahe ihren äußeren Enden. Durch die rasche Strömung und die innige Berührung wird eine wirksame Kühlung bewirkt. Dichtungsringe 23 und Lötverbindung 21 verhindern das Lecken von Wasser in die Kappe 22 oder aus dem Ende des äußeren Wassermantels 15. Trotzdem können Düse bzw. Düsen als Ganzes leicht von dem durch Rohre 10 und 15 gebildeten Wassermänteln durch Abdrehen des Metalls der Verbindungsstelle 21 gelöst werden. Eine Ersatzdüse kann dann aufgesetzt und festgelötet werfen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine ähnliche Ausfü'hrungsform, bei der der Düsenkopf 30 mit der Kappe 31, und den sie verbindenden Düsen 32 in einem Stück gegossen ist. Der Kopf 30 ist im Ende der Wasserkammerwandung 15' verschraubt, und ein innerer Ringteil 33 am Hinterende des Düsenkopfes 30 sitzt auf dem Ende des Rohres 13'. Löcher 34 sind um die Schulter im Kreis in Abständen angeordnet, um einen Rückfluß von Kühlwasser aus dem Düsenkopf 30 durch den Mantel 15' zu ermöglichen. Eine in dem Ringteil 33 sitzende Verlängerungsmuffe 35 verläuft nach vorn um die Gasrohrkappe 31 herum bis dicht zum Boden des Düsenkopfes 30. Dichtungsringe 36 und 37 sind an den Verbindungsstellen zwischen dem Wassermantel 13' und dem Ringteil 33 bzw. zwischen dem Sauerstoffzuleitungsrohr 10' und der Kappe 31 vorgesehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Gasaustrittsdüse mit Wasserkühlung, insbesondere für die Zuführung von Sauerstoff in Siemens-Martin-Öfen, bei welcher ein axiales Gaszuführungsrohr von einem konzentrischen Kühlwasserrohr umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasserrohr zwei konzentrische Mantel (13, 15) aufweist, deren innerer (13) den Wasserzufluß führt, während der äußere (15) den Wasserablauf bildet, und daß vorn auf das axiale Gaszuführungsrohr (10) mit dichtem Gleitsitz (23) eine Kappe (22) aufgeschoben ist, in deren Boden mit ihren Rückenden die Düse bzw. die Düsen (24) eingesetzt sind, die mit ihren Vorderenden in den Boden des Düsenkopfes (19) reichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserzulauf-Mantelrohr (13) vorn eine Verlängerungsmuffe (25) trägt, die bis nahe an den Boden des Düsenkopfes (19) sich erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsmuffe (25) mit Gleitsitz in das vordere Ende des inneren Kühlwasserrohrmantels (13) eingesteckt ist und an ihrem Vorderrand nach innen umgebogen ist (27).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsmuffe (25) auf ihrem Vorderrand vorstehende Distanznasen

(29) trägt, die gegen die Innenfläche des Düsenkopfbodens anstoßen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückende des Düsenkopfes

(30) mit Außengewinde (34) in das vordere Ende des Kühlwasserrohr-Außenmantels (15') eingeschraubt ist, wobei das vordere Ende des Kühlwasserrohr-Innenmantels (13') mit dichtem Gleitsitz (36) in dieses Düsenkopf-Rückende eingesteckt ist (Fig. 4).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Düsenkopf (30), Gasrohrkappe

(31) und Düse, bzw. Düsen (32) in einem Stück gegossen sind (Fig. 4).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsmuffe (35) des inneren Kühlwasserrohrmantels (13') mit einem Rückendflansch in den Sitz des Vorderendes des inneren Kühlwasserrohrmantels (13') im Rückende des Düsenkopfes (30) eingepaßt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (19, 30) am Vorderende des äußeren Kühlwasserrohrmantels (15, 15') durch Rundumschweißung befestigt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 557 432, 606 367;
britische Patentschrift Nr. 552 443.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen