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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lanzen zum Einblasen von
Gasen in Reaktionsgefäße.
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Die
Erfindung findet besondere aber nicht ausschließliche Anwendung auf Lanzen
zum Einblasen von vorgeheiztem Gas in ein metallurgisches Reaktionsgefäß unter
Hochtemperaturbedingungen.
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Das
metallurgische Reaktionsgefäß kann beispielsweise
ein Direktschmelzgefäß sein,
in welchem geschmolzenes Metall durch ein Direktschmelzverfahren
hergestellt wird.
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Ein
bekanntes Direktschmelzverfahren, welches auf einer geschmolzenen
Metallschicht als Reaktionsmedium beruht und im allgemeinen als
HIsmelt Prozess bezeichnet wird, ist in der internationalen Anmeldung
PCT/AU96/00197 (WO 96/31627) des Anmelders beschrieben.
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Der
HIsmelt Prozess, wie er in der internationalen Anmeldung beschrieben
ist, umfasst:
- (a) die Bildung eines Bades aus
geschmolzenem Eisen und Schlacke in einem Reaktionsgefäß;
- (b) das Einbringen in das Bad von:
- (i) metallhaltigem Beschickungsmaterial, typischerweise Metalloxiden;
und
- (ii) festem kohlenstoffhaltigem Material, typischerweise Kohle,
das reduzierend auf die Metalloxide und als Energiequelle wirkt;
und
- (c) das Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials zu
Metall in der Metallschicht.
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Unter
dem Begriff „Schmelzen" wird im vorliegenden
Dokument eine Wärmebehandlung
verstanden, im Rahmen derer chemische Reaktionen stattfinden, die
die Metalloxide reduzieren, so dass flüssiges Metall entsteht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Direktschmelzvorrichtung
zur Verfügung,
die eine Lanze zum Einblasen von Gasen in ein Direktschmelzgefäß umfasst.
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Die
Erfindung stellt weiterhin Verfahren zum Einbau von Gaseinblaslanzen
in metallurgische Reaktionsgefäße und deren
Entfernung daraus zur Verfügung.
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Im
allgemeinen erfordern im Stand der Technik beschriebene Schmelzbadverfahren
zur Umwandlung von eisenhaltigem Material in geschmolzenes Eisen
durch Direktschmelzen die Nachverbrennung von Reaktionsprodukten,
wie etwa CO und H2, welche vom Schmelzbad
freigesetzt werden, um ausreichend Wärme zur Aufrechterhaltung der
Temperatur des Schmelzbads zu erzeugen.
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Im
Stand der Technik wird im allgemeinen vorgeschlagen, dass die Nachverbrennung
durch das Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas mittels Lanzen ausgeführt wird,
die sich in den oberen Bereich der Direktschmelzgefäße erstrecken.
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Es
ist aus wirtschaftlichen Gründen
wünschenswert,
dass Direktschmelzkampagnen recht lang sind, typischerweise mindestens
ein Jahr lang, und daher ist es wichtig, dass die Gaseinblaslanzen der
Hochtemperaturumgebung mit Temperaturen von typischerweise im Bereich
von 2000°C
innerhalb des oberen Bereichs der Direktschmelzgefäße während des
langanhaltenden Zeitraums der Kampagne standhalten können.
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Eine
Möglichkeit,
das sauerstoffhaltige Gas zur Verfügung zu stellen ist, Luft oder
Sauerstoffangereicherte Luft zu benutzen, die auf über 800°C vorgeheizt
ist. Um ein bestimmtes Niveau der Nachverbrennung zu erreichen,
werden von diesen Gasen allerdings deutlich größere Volumina benötigt, als
bei Verwen dung von reinem Sauerstoff als sauerstoffhaltigem Gas.
Folglich muss ein Direktschmelzgefäß, das mit Luft oder mit Sauerstoff-angereicherter
Luft betrieben wird, einen deutlich größeren Aufbau aufweisen, als
ein Direktschmelzgefäß, das mit
reinem Sauerstoff betrieben wird. Daher muss auch eine Lanze zum
Einblasen von Luft oder Sauerstoff angereicherter Luft einen relativ
großen
Aufbau aufweisen um sich eine erheblich Strecke in ein Direktschmelzgefäß erstrecken
zu können,
wobei sie über
zumindest einen bedeutenden Teil ihrer Länge nicht gestützt ist.
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass HIsmelt Reaktionsgefäße mit einem
Durchmesser von 6 Metern wie vom Anmelder vorgeschlagen Lanzen umfassen
mit einem Außendurchmesser
von 1,2 Metern, einem Gewicht im Bereich von 60 Tonnen, die etwa
10 Meter in das Reaktionsgefäß hineinragen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt stellt die Erfindung eine Lanze zum Einblasen eines Gases
in ein Reaktionsgefäß zur Verfügung, die
eine
Gasleitung, die sich von einem hinteren zu einem vorderen Ende,
von welchem Gas aus der Leitung austreten kann, erstreckt;
eine
längliche
zentrale Struktur, die sich innerhalb der Gasleitung vom hinterem
zum vorderen Ende erstreckt;
eine Vielzahl an gasflussleitenden
Lenkelementen, die sich an der zentralen Struktur in der Nähe des vorderen
Endes der Gasleitung befinden, um das durch das vordere Ende der
Leitung strömende
Gas zu verwirbeln;
Kühlwasserversorgungs-
und -rückführungsdurchgänge, die
sich durch die Wand der Gasleitung erstrecken und die sich vom hinteren
Ende zum vorderen Ende der Gasleitung erstrecken, zur Versorgung und
Rückführung von
Kühlwasser
zum bzw. vom vorderen Ende der Leitung; und
eine ringförmige Leitungsspitze
am vorderen Ende der Leitung mit einem inneren Kühlwasserversorgungsdurchgang,
der mit den Kühlwasserversorgungs- und -rückführungsdurchgängen verbunden ist,
um Kühlwasserzufluss
und -rückführung zur
inneren Kühlung
der Leitungsspitze zu bewirken,
umfasst,
wobei die Lanze
aus drei Modulen aufgebaut ist, die durch lösbare Befestigungselemente
lösbar
aneinander befestigt sind, und diese Module umfassen:
- 1) ein Hauptleitungsmodul, das die Gasleitung entlang eines
Hauptteils der Länge
der Leitung bildet und die besagte Was serversorgungs- und -rückführungsdurchgänge und
besagte ringförmige
Leitungsspitze enthält,
- 2) ein Gaseinlassmodul, das einen rohrförmigen Körper enthält, der lösbar am hinteren Ende des Hauptleitungsmoduls
mittels eines ersten Satzes von besagten Befestigungselementen befestigt ist,
so dass sein Inneres mit dem Inneren des Leitungsmoduls verbunden
ist, und ein Verzweigungsrohr enthält, das seitlich vom rohrförmigen Körper abzweigt,
um so als Gaseinlass zum Einlassen von Gas in den rohrförmigen Körper und somit
ins Innere des Hauptgasmoduls zu dienen, und
- 3) ein Zentralmodul, das die besagte längliche zentrale Struktur und
besagte gasflussleitende Lenkelemente bildet, und das lösbar mittels
eines zweiten Satzes von besagten Befestigungselementen am hinteren
Ende des rohrförmigen
Körpers
des Gaseinlassmoduls befestigt ist.
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Das
hintere Ende des Hauptleitungsmoduls und das vordere Ende des Gaseinlassmoduls
können
mit aneinander grenzenden Umfangsflanschen ausgebildet sein, und
der erste Satz von Befestigungselementen kann zur lösbaren Befestigung
der Flansche aneinander dienen.
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Das
hintere Ende des rohrförmigen
Körpers des
Gaseinlassmoduls und das hintere Ende des Zentralmoduls können ebenfalls
mit aneinander grenzenden Umfangsflanschen ausgebildet sein und der
zweite Satz von Befestigungselementen kann zur lösbaren Befestigung dieser Flansche
aneinander dienen.
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Das
Hauptleitungsmodul kann einen nach Außen hervorragenden Umfangsflansch
umfassen, der vom hinteren Endes des Moduls nach vorne beabstandet
ist, um die Lanze an eine Wand des metallurgischen Reaktionsgefäßes zu montieren.
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Letzterer
Flansch kann an einer rohrförmigen
Manschette angebracht sein, die sich entlang des Umfangs der Leitung
erstreckt und mit inneren Wasserflussdurchgängen zur inneren Kühlung der Manschette
versehen ist.
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Die
Manschette kann sich vom besagten nach Außen hervorragenden Umfangsflansch
nach vorne erstrecken, so dass sie bei Benutzung der Lanze in eine Öffnung in
der Wand des Reaktionsgefäßes ragt,
in welches die Lanze montiert werden soll.
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Das
Hauptleitungsmodul kann Wassereinlass- und -auslassverbindungsstücke umfassen,
die mit den Kühlwasserversorgungs-
und -rückführungsdurchgängen in
Verbindung stehen und zwischen dem hinteren Ende des Hauptleitungsmoduls
und dem nach Außen
hervorragenden Montage-Umfangsflansch angebracht sind.
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Vorzugsweise
umfassen das Hauptleitungsmodul, das Gaseinlassmodul und das Zentralmodul jeweils
einen Kühlkreislauf
zur Aufnahme eines Kühlwasserflusses,
wobei diese Kühlkreisläufe voneinander
unabhängig
funktionieren.
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Vorzugsweise
umfassen die Versorgungs- und Rückführungsdurchgänge des
Hauptmoduls im wesentlichen parallele ringförmige Flusswege, die von drei
oder mehr konzentrischen, im wesentlichen zylinderförmigen Elementen
gebildet werden, die sich innerhalb dieses Moduls befinden, um eine
unterschiedliche Ausdehnung von zwei oder mehr dieser im wesentlichen
zylinderförmigen
Elemente zu ermöglichen,
und das Gaseinlassmodul umfasst zwei konzentrische, im wesentlichen
zylinderförmige
Elemente, die einen Monoschicht-Flussweg für das Kühlwasser zwischen diesen im
wesentlichen zylindrischen Elementen bilden.
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Vorzugsweise
versehen eine oder mehr Abtrennungen den besagten Monoschicht-Flussweg des
Gaseinlassmoduls mit zwei oder mehr Wasserfluss-Kompartimenten.
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Vorzugsweise
umfasst besagter Monoschicht-Flussweg zwei voneinander unabhängige Wasserkreisläufe.
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Vorzugsweise
umfasst das Gaseinlasselement ein Verzweigungsrohr, das sich von
einer Mittelachse des Einlassmoduls aus seitlich erstreckt, wobei
das Verzweigungsrohr einen Flansch zur Verbindung mit einer Gasversorgungsleitung
umfasst, und sich der Monoschicht-Flussweg um das Verzweigungsrohr
herum erstreckt.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts stellt die Erfindung eine Lanze zum Einblasen von
Gas in ein Reaktionsgefäß zur Verfügung, welches
eine Öffnung zur
Aufnahme der Lanze besitzt, wobei die Lanze einen rohrförmigen Lanzenkörper umfasst,
der eine Gasleitung für
den Gasstrom durch die Lanze definiert und so angepasst ist, dass
er sich durch die Gefäßöffnung in
das Reaktionsgefäß hinein
erstreckt, wobei ein Lanzen-Montage-Umfangsflansch vom Lanzenkörper nach
Außen
hervorragt, und eine rohrförmige
Manschette sich entlang des Umfangs des Lanzenkörpers in der Nähe des Montageflansches erstreckt.
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Vorzugsweise
ist die Manschette mit inneren Wasserflussdurchgängen zur inneren Kühlung der Manschette
versehen.
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Vorzugsweise
wird der Außendurchmesser der
Manschette so gewählt,
dass bei Gebrauch der Lanze der Lanzenkörper und eine Schicht von erkalteter
Schlacke, die sich auf dem Lanzenkörper gebildet hat, durch die
Gefäßöffnung aus
dem Reaktionsgefäß herausgenommen
werden kann, ohne die Gefäßöffnung zu
berühren.
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Die
Manschette kann sich entlang des Lanzenkörpers vom Montageflansch aus
so erstrecken, dass sie bei Gebrauch der Lanze in die Öffnung des Reaktionsgefäßes hervorragt,
in welches die Lanze montiert werden soll.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts stellt die Erfindung eine Lanze zum Einblasen von
Gas in ein Reaktionsgefäß zur Verfügung, die
einen rohrförmigen Lanzenkörper, der
eine Gasleitung definiert, und längliche
Kühlwasserversorgungs-
und -rückführungsdurchgänge umfasst,
um eine Spitze des rohrförmigen
Lanzenkörpers
mit Kühlwasser
zu versorgen, und der besagte rohrförmige Lanzenkörper weiterhin
drei oder mehr konzentrische, im wesentlichen zylindrische Elemente
umfasst, die die besagten länglichen
Versorgungs- und -rückführungsdurchgänge bilden
und besagte im wesentlichen zylinderförmige Elemente sich innerhalb
der Lanze befinden, wodurch die unterschiedliche Ausdehnung von
zwei oder mehr der im wesentlichen zylindrischen Elemente ermöglicht wird,
und die Lanze des weiteren ein Gaseinlasselement umfasst, das im
Betrieb mit einer Gasversorgungsleitung verbunden ist und von dieser
Gas erhält,
das einen Gasflussdurchgang in fluider Verbindung mit besagter Gasleitung
besitzt, und das zwei konzentrische, im wesentlichen zylinderförmige Elemente
umfasst, die einen Monoschicht-Flussweg
für das
Kühlwasser
zwischen diesen im wesentlichen zylindrischen Elementen bilden.
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Vorzugsweise
funktionieren die Versorgungs- und Rückführungsdurchgänge des
rohrförmigen
Elements unabhängig
vom Monoschicht-Flussweg des Einlasselements.
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Vorzugsweise
versehen eine oder mehr Abtrennungen den besagten Monoschicht-Flussweg des
Gaseinlassmoduls mit zwei oder mehr Wasserfluss-Kompartimenten.
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Vorzugsweise
umfasst besagter Monoschicht-Flussweg zwei voneinander unabhängige Wasserkreisläufe.
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Vorzugsweise
umfasst das Gaseinlasselement ein Verzweigungsrohr, das sich von
einer Achse des Einlassmoduls seitlich erstreckt, wobei das Verzweigungsrohr
einen Flansch zur Verbindung mit einer Gasversorgungsleitung umfasst
und sich der Monoschicht-Flussweg um das Verzweigungsrohr herum
erstreckt.
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Im
Betrieb kann die Lanze der vorliegenden Erfindung in einer oberen
Wand eines metallurgischen Reaktionsgefäßes so montiert werden, dass sie
sich nach unten in das Reaktionsgefäß hinein erstreckt. Das Reaktionsgefäß kann ein
Direktschmelzgefäß sein,
in welchem geschmolzenes Metall in einem Direktschmelzverfahren
hergestellt wird.
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Daher
stellt die Erfindung weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung
eines eisenhaltigen Metalls aus einem eisenhaltigen Beschickungsmaterial durch
ein Direktschmelzverfahren zur Verfügung, worin die Vorrichtung
ein Reaktionsgefäß, das ein
Bad von geschmolzenem Metall und geschmolzener Schlacke und einen
Gasraum oberhalb des geschmolzenen Bads enthalten kann, und eine
Gaseinblaslanze gemäß des besagten
ersten oder zweiten Aspekts der Erfindung umfasst, welche nach unten
in das Reaktionsgefäß hineinragt
zum Einblasen von Gas in das Reaktionsgefäß.
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Im
besonderen kann die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von
eisenhaltigem Metall aus einem eisenhaltigen Beschickungsmaterial durch
ein Direktschmelzverfahren zur Verfügung stellen, worin die Vorrichtung
ein Reaktionsgefäß, das ein
Bad von geschmolzenem Metall und geschmolzener Schlacke und einen
Gasraum oberhalb des geschmolzenen Bads enthalten kann, und eine
Gaseinblaslanze gemäß des besagten
ersten Aspekts umfasst, welche nach unten in das Reaktionsgefäß zum Einblasen
von sauerstoffhaltigem Gas in das Reaktionsgefäß hineinragt, wobei das Hauptleitungsmodul der
Lanze in einer oberen Wand des Reaktionsgefäßes so montiert ist, dass sie
sich nach unten in das Reaktionsgefäß von einem oberen (hinteren)
Ende, das sich außerhalb
des Reaktionsgefäßes befindet, erstreckt,
wobei das Gaseinlassmodul auf dem oberen Ende das Hauptleitungsmoduls
sitzt und von diesem gestützt wird,
und das Zentralmodul von seiner Verbindung mit dem oberen (hinteren)
Ende des Gaseinlassmoduls aus so aufgehängt ist, dass es innerhalb
des rohrförmigen
Körpers
des Gaseinlassmoduls und des Inneren des Hauptleitungsmoduls vertikal
nach unten hängt.
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Die
sich am Zentralmodul befindlichen Lenkelemente können sich innerhalb der Leitungsspitze erstrecken
und können
so dimensioniert sein, dass sie während des Betriebs der Vorrichtung
im Eingriff stehen mit und seitlich der Leitung gestützt werden durch
die intern wassergekühlte
Leitungsspitze.
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Die
Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Einbau einer Gaseinblaslanze
gemäß des besagten
ersten Aspekts in ein metallurgisches Reaktionsgefäß zur Verfügung, welches
die folgenden Schritte umfasst: Anheben des Hauptleitungsmoduls mittels
eines Krans an seinem hinteren Ende, so dass es vertikal nach unten
hängt,
Absenken des Hauptleitungsmoduls, so dass es nach unten in das Reaktionsgefäß hineinragt,
lösbar
Befestigen eines oberen Teils des Hauptleitungsmoduls an einem oberen
Teil des Reaktionsgefäßes, Anheben
des Gaseinlassmoduls mittels eines Krans und Absenken desselben
auf das obere Ende des Hauptleitungsmoduls, lösbar Befestigen des unteren
Endes des Gaseinlassmoduls an das obere Ende des Hauptleitungsmoduls,
Anheben des Zentralmoduls mit einem Kran an seinem hinteren Ende,
so dass es vertikal nach unter hängt,
Absenken des Zentralmoduls mittels des Krans, so dass es sich nach
unten durch den rohrförmigen
Körper
des Gaseinlassmoduls und das Inneren des Hauptleitungsmoduls erstreckt,
und lösbar
Befestigen des oberen Endes des Zentralmoduls an das obere Ende
des Gaseinlassmoduls.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Entfernung einer solchermaßen installierten
Gaseinblaslanze aus einem metallurgischen Reaktionsgefäß zur Verfügung, das
die folgenden Schritte umfasst: Lösen der Befestigung des oberen
Endes des Zentralmoduls an das obere Ende des Gaseinlassmoduls,
Anheben des Zentralmoduls vertikal aus dem Gaseinlass und dem Hauptleitungsmodul
heraus mittels eines Krans und Entfernen desselben vom Reaktionsgefäß, Lösen der
Befestigung des unteren Endes des Gaseinlassmoduls an das obere Ende
des Hauptleitungsmoduls, Anheben des Gasleitungsmoduls weg vom Hauptleitungsmodul
mittels eines Krans und Wegbewegen desselben vom Reaktionsgefäß, Lösen der
Befestigung des Hauptleitungsmoduls an der oberen Wand des Reaktionsgefäßes, Anhebens
des Hauptleitungsmoduls vertikal mittel eines Krans, um es aus dem
Reaktionsgefäß herauszuziehen
und es vom Reaktionsgefäß zu entfernen.
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Um
die Erfindung vollständiger
zu erklären, wird
nun eine spezielle Ausführungsform
der Lanze und des Verfahrens zu deren Einbau in ein metallurgisches
Reaktionsgefäß unter
Bezugnahme auf die begleitenden Figuren in recht detaillierter Form
beschrieben, welche zeigen:
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1 ist
ein vertikaler Schnitt durch einen Teil eines Direktschmelzgefäßes, das
eine Heißluft-Einblaslanze
in Übereinstimmung
mit der Erfindung beinhaltet;
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2 ist
ein vertikaler Querschnitt durch einen oberen Teil des Schmelzgefäßes und
der Heißluft-Einblaslanze;
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3 ist
ein vergrößerter Querschnitt
von einigen der in 2 gezeigten Komponenten;
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4 ist
ein Längsschnitt
durch die Heißluft-Einblaslanze;
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5 ist
ein Seitenaufriss eines Gaseinlassmoduls der Heißluft-Einblaslanze;
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6 ist
eine Querschnittsansicht des Gaseinlassmoduls;
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7 zeigt
Komponenten am oberen Ende eines Hauptleitungsmoduls als Bestandteil
der Lanze;
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8 ist
ein Querschnitt durch einen Leitungsmontageflansch und Manschette;
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9 ist
eine Endansicht des Leitungsmontageflansches und der Manschette;
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10 ist
eine Projektionsansicht der in 9 gezeigten
Manschette;
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11 ist
eine vergrößerte Detailansicht
des Aufbaus einer Leitungsspitze am vorderen oder unteren Ende einer
Außenleitung
der Lanze;
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12 ist
ein Teilquerschnitt durch einen Teil der Leitungsspitze;
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13 und 14 zeigen
den Aufbau des vorderen Teils einer zentralen Struktur der Lanze;
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15 und 16 zeigen
den Aufbau des vorderen Nasenendes der zentralen Struktur der Lanze;
und
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17, 18 und 19 zeigen
aufeinanderfolgende Schritte, wie sie während des Einbaus der Lanze
in das Schmelzgefäß durchgeführt werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
Figuren zeigen ein zur Durchführung
des HIsmelt-Prozesses geeignetes Direktschmelzgefäß, wie es
in der internationalen Patentanmeldung PCT/AU96/00197 beschrieben
ist. Das metallurgische Reaktionsgemß wird im allgemeinen als 11 bezeichnet
und hat einen Schmelzraum mit einer Basis 12 und Seiten 13,
die aus feuerfesten Bausteinen gebildet sind; Seitenwände 14,
die eine im allgemeinen zylindrische Tonne bilden, die sich von
den Seiten 13 des Schmelzraums aus aufwärts erstreckt und einen oberen
Tonnenabschnitt 15 und einen unteren Tonnenabschnitt 16 besitzt;
ein Dach 17; einen Auslass 18 für Abgase;
eine Vorschmelzkammer 19 zur kontinuierlichen Entfernung
des geschmolzenen Metalls; und ein Abzugsloch 21 zur Entfernung
von geschmolzener Schlacke.
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Im
Betrieb enthält
das Reaktionsgefäß ein geschmolzenes
Bad von Eisen und Schlacke, das eine Schicht 22 geschmolzenes
Metall und eine Schicht 23 geschmolzener Schlacke auf der
Metallschicht 22 umfasst. Der mit der Bezugsziffer 24 versehene
Pfeil gibt die Position der fiktiv ruhenden Oberfläche der
Metallschicht 22 an, und der mit der Bezugsziffer 25 versehene
Pfeil gibt die Position der fiktiv ruhenden Oberfläche der
Schlackeschicht 23 an. Mit dem Begriff "ruhende Oberfläche" ist die Oberfläche gemeint, die vorhanden
ist wenn kein Gas und Feststoffe in das Reaktionsgefäß eingebracht
werden.
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Das
Reaktionsgefäß ist mit
einer sich nach unten erstreckenden Heißluft-Einblaslanze 26 zur Einbringung
eines Hochgeschwindigkeits-Heißluftstromes
in eine oberen Bereich des Reaktionsgefäßes ausgestattet, und mit Feststoff-Injektionslanzen 27,
die sich nach unten und innen durch die Seitenwände 14 in die Schlackeschicht 23 erstrecken
zur Injektion von Eisenerz, festem kohlenstoffhaltigem Material
und in sauerstoffarmen Trägergas
mitgeführten
Flussmitteln in die Metallschicht 22. Die Position der
Lanzen 27 ist so gewählt,
dass sich ihre Auslassenden 28 während der Durchführung des
Verfahrens oberhalb der Oberfläche
der Metallschicht 22 befinden. Diese Positionierung der
Lanzen vermindert das Risiko ihrer Beschädigung durch den Kontakt mit
geschmolzenem Metall und ermöglicht
es auch, die Lanzen durch interne Druckwasserkühlung zu kühlen ohne signifikantes Risiko
des in-Kontakt-Tretens von Wasser mit dem geschmolzenen Metall im
Reaktionsgefäß.
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Der
Aufbau der Heißluft-Einblaslanze 26 ist in
den 4A/4B bis 14 gezeigt.
In Übereinstimmung
mit den vorliegenden Ausführungsformen
wird die Lanze durch drei separate Module 26A, 26B und 26C gebildet,
welche voneinander getrennt hergestellt werden und während des
Einbaus der Lanze im Reaktionsgemß in der unten beschriebenen
Weise, mit spezieller Bezugnahme auf die 15 bis 17,
in aufeinanderfolgenden Schritten zusammengebracht und lösbar miteinander
verbunden werden.
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Lanzenmodul 26A ist
das Hauptleitungsmodul, das eine längliche Leitung 31 bildet,
durch welche heißes
Gas in den oberen Bereich des Reaktionsgefäßes geführt werden kann. Lanzenmodul 25B ist
ein Gaseinlassmodul, das eine Gaseinlassstruktur 32 bildet,
durch welche heißes
Gas in die längliche Leitung 31 des
Lanzenmoduls 26A geführt
werden kann. Lanzenmodul 26C ist ein Zentralmodul, das eine
längliche
zentrale rohrförmige
Struktur 33 umfasst, die sich bis in die Gasleitung 31 erstreckt
und die angrenzend an ihrem vorderen oder unteren Ende eine Reihe
von wirbelbildenden Leitelementen 34 trägt, die dazu dienen, den aus
der Leitung austretenden Gasstrom zu verwirbeln. Die Verwirbelungs-Leitelemente 34 können in
vierfach-helikaler Konfiguration ausgeführt werden. Ihre Einlass (hinteren)
Enden können
einen glatten Übergang
von einem ursprünglich
geraden Abschnitt zu einer vollentwickelten Helix aufweisen, um
Turbulenzen und Druckabfall zu minimieren.
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Die
Lanze wird mittels einer Reihe von Wasserkühl-Kreisläufen und/oder -elementen wassergekühlt. Diese
Kreisläufe
und/oder Elemente sind voneinander isoliert und funktionieren daher
unabhängig voneinander,
obwohl sie mit Kühlwasser
von einem gemeinsamen Flüssigkeitsbehälter aus
gespeist werden können,
und das Kühlwasser
auch wieder in einen gemeinsamen Flüssigkeitsbehälter zurückgeführt werden
kann. Die Wasserkühl-Kreisläufe und/oder
-elemente jedes der Module 26A, 26B und 26C sind
von den Wasserkühl-Kreisläufen und/oder -elementen
jedes der anderen Module 26A, 26B und 26C isoliert.
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Die
Lanzenmodule 26A und 26C befinden sich im Betrieb
im wesentlichen innerhalb des Reaktionsgefäßes und sind einem Temperaturgradienten ausgesetzt,
daher ist nicht-einheitliche Kühlung
entlang ihrer Länge
erforderlich, wobei die höchsten Temperaturen
am vorderen Ende der Lanze nahe der Spitze auftreten, wo die Verbrennung
von Abgasen stattfindet. Die Temperaturen in diesem Bereich können in
der Größenordnung
von 2000°C–2200°C liegen.
Der Hochgeschwindigkeits-Heißluftstrom
durch die Gasleitung hat eine Temperatur von 1200°C, und die
Temperaturen außerhalb
der Lanze und von deren Spitze weg liegen typischerweise im Bereich
von 1400°C–1500°C.
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Wie
unten ausführlich
beschrieben, weisen Lanzen 26A und 26C einen länglichen
Aufbau mit parallelen, oder zumindest Doppelschicht-, Wasserflussdurchgängen auf,
welche durch konzentrische Rohre mit im wesentlichen zylindrischen
Aufbau gebildet werden. Die Rohre sind in jedem der Module in der
Weise enthalten, das zwei oder mehr der Rohre oder andere Elemente
verschiedene Ausdehnung erfahren können. Die parallele, oder zumindest
Doppelschicht-, Wasserflussdurchgänge ermöglichen es, dass sich die Einlass-
und Auslassverbindungen dieser Durchgänge außerhalb des Reaktionsgefäßes befinden
können.
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Das
Lanzenmodul 26B befindet sich im Betrieb im wesentlichen
außerhalb
des Reaktionsgefäßes und
ist einem im wesentlichen gleichförmigen Temperaturgradienten
zwischen der Innentemperatur von 1200°C, die durch den Hochgeschwindigkeits-Heißluftstrom
bewirkt wird, und den außerhalb herrschenden
Umgebungstemperatur-Bedingungen ausgesetzt. Das Lanzenmodul 26B ist
aus im wesentlichen parallelen, konzentrischen Rohren aufgebaut,
die einen Monoschicht-Flussweg für
Kühlwasser
bilden, welcher durch eine oder mehr Abtrennungen in zwei oder mehr
Wasserfluss-Kompartimente aufgeteilt ist. Der Monoschicht-Flussweg
genügt
für die
Kühlungserfordernisse
des Moduls 26B, das hinsichtlich einer unterschiedlichen
Ausdehnung innerhalb der Kühlkreisläufe nur
geringere Anforderungen stellt.
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Das
vordere Ende der zentralen Struktur 33 besitzt eine gewölbte Nase 35,
die nach vorne über die
Spitze 36 der Leitung 35 hinausragt, so dass das vordere
Ende des zentralen Körpers
und die Leitungsspitze miteinander eine ringförmige Düse für den divergenten Gasstrom
aus der Leitung bilden, der durch die Leitelemente 34 verwirbelt
ist.
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Die
Wand des Hauptteils der Leitung 31, die sich stromabwärts vom
Gaseinlass 32 aus erstreckt, ist im Inneren wassergekühlt. Dieser
Abschnitt der Leitung wird durch eine Reihe von drei konzentrischen
Stahlrohren 37, 38, 39 gebildet, die
sich bis zum vorderen Endteil der Leitung erstrecken, wo sie mit
der Leitungsspitze 36 verbunden sind. Die Leitungsspitze 36 ist
von hohlem ringförmigem
Aufbau und ist im Inneren durch eine Abtrennungsstruktur 80 aufgeteilt,
die das Innere der Spitze in vier Wasserfluss-Kompartimente 81, 82, 83, 84 aufteilt,
die miteinander so verbunden sind, dass sie einen einzelnen Kühlwasserkanal,
der im allgemeinen als 85 bezeichnet ist, bilden, dem bzw.
von dem durch Kanäle in
der Wand der Leitung 31 Kühlwasser zugeführt bzw.
abgeführt
wird. Im speziellen wird Kühlwasser durch
einen Einlass 41 und ein ringförmiges Einlassrohr 42 einem
inneren ringförmigen
Wasserflusskanal 43 zugeführt, der zwischen den Rohren 37, 38 der Leitung
durch die Leitungsspitze 36 definiert ist. Wasser wird
von der Spitze aus durch einen äußeren Wasserrückflusskanal 44,
der zwischen den Rohren 38, 39 definiert ist,
und rückwärts zu einem
Wasserauslass 45 am hinteren Ende des wassergekühlten Abschnitts
der Leitung 31 zurückgeführt.
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Die
Leitungsspitze 36 hat einen äußeren Mantel 40, der
durch vier ringförmige
Segmente 86, 87, 88, 89 gebildet
wird, die miteinander verschweißt sind.
Segment 86 bildet die Rückwand
der Leitungsspitze 36 und ist an das innerste Rohr 37 der
Rohre, die die Leitungswand bilden, geschweißt. Abtrennungsstruktur 80 umfasst
einen Stahlring, der sich innerhalb des Mantels der Spitze 40 befindet
und mit vier Umfangsflanschen 80A, 80B, 80C, 80D versehen
ist, die von einem zentralen Teil 80E des Rings nach außen hervorragen,
um so das Innere des Mantels in die Wasserfluss-Kompartimente 81–84 zu
unterteilen und als Strebepfeilerstützen für den Mantel zu dienen. Der
Flansch 80A ist an das mittlere Rohr 38 der Leitungswand
geschweißt,
und die Flansche 80B und 80D sind an die Segmente 86 und 89 des Mantels
der Spitze geschweißt,
um so die Verbindung der Spitze mit der Leitungswand zu vervollständigen und
das Innere der Spitze in die Kühlwasser-Kompartimente 81, 82, 83,
und 84 aufzuteilen. Zwischen der Abtrennungsstruktur 80 und
dem Mantel sind Leitwände 91 angebracht,
um die Enden der Wasserfluss-Kompartimente zu definieren. In den Flanschen
des Aufteilungsrings sind benachbart zu den Leitwänden Durchlässe 92 positioniert,
um das Wasser sukzessive zuerst durch das Kompartiment 81,
dann durch das Kompartiment 82, dann durch das Kompartiment 83 und
schließlich
durch das Kompartiment 84 um die Spitze fließen zu lassen.
Das Wasser kommt in das Kompartiment 81 aus dem Wasserflusskanal 43 herein,
der zwischen den Rohren 37, 38 der Leitung definiert
ist, und verlässt
das Kompartiment 84 durch den Rückflusskanal 44, der zwischen
den Rohren 38, 39 definiert ist.
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Die
Segmente 87 und 88 des Mantels der Leitungsspitze,
die die innere Peripherie und das äußere Ende der Spitze definieren,
sind aus Kupfer hergestellt, um die Kühlung dieser Teile der Spitze
zu verbessern, wohingegen die Segmente 86 und 89 und
die Abtrennungsstruktur 80 aus Stahl hergestellt sind,
um eine sehr starke, verstärkte
Spitzenstruktur zu bilden, die die Weitergabe von Belastungskräften vom
inneren und mittleren Rohr 37, 38 an das äußere Rohr 38 ermöglicht,
wie unten noch ausführlicher
beschrieben ist.
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Das
Lanzenmodul 26A besitzt an seinem hinteren Ende einen Montageaufbau 101,
der ein wassergekühltes äußeres Gehäuse 102 umfasst, das
mittels eines Flansches 100 mit dem äußeren Leitungsrohr 39 und
mit einem Montageflansch 110 verbunden ist, zur Verbindung
mit einem oberen Teil des Reaktionsgefäßes, so dass die Lanze in vertikaler
Richtung vom Montageflansch 110 aus gehalten wird, wobei
ihr Gesamtgewicht komplett durch das äußere Leitungsrohr 39 genommen
wird. Das hintere Ende des mittleren Rohrs 38 wird innerhalb
des Gehäuses 102 von
einem Gleitverschluss 104 gehalten, und das hintere Ende
des inneren Rohrs 37 wird innerhalb eines Gleitverschlusses 105 in
einem Flansch 103 am hinteren Ende des Moduls 26A gehalten,
um longitudinale Relativbewegungen der Rohre durch verschiedene
Ausdehnungen der vielen Lanzenkomponenten zu erlauben. Um die Gleitverschlüsse 104 und 105 nicht über zu belasten,
wird das Gewicht des Kühlwassers,
der feuerfesten Auskleidung, des inneren Rohrs 37 und des
mittleren Rohrs 38 durch die Abtrennungsstruktur 80 auf
das äußere Rohr 39 übertragen.
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Der
Flansch 103 am hinteren Ende des Moduls 26A bietet
eine Befestigungsstelle für
das Gaseinlass-Lanzenmodul 26B. Das Modul 26B umfasst einen
rohrförmigen
Körper 106 und
ein Verzweigungsrohr 107, das sich vom rohrförmigen Körper aus
seitlich verzweigt, um als Gaseinlass in den rohrförmigen Körper und
somit in das Innere des Hauptleitungsmoduls 26A zu dienen.
Das vordere oder untere Ende des rohrförmigen Körpers 106 ist mit einem Umfangsflansch 111 versehen,
um am hinteren Flansch 103 des Moduls 26A anzuliegen,
und die aneinander liegenden Flansche 103 und 111 werden durch
die Befestigungsbolzen 112 während des Vorgangs des Einbaus
der Lanze lösbar
aneinander befestigt, wie unten noch beschrieben wird. Verzweigungsrohr 107 des
Moduls 26B ist ebenso mit einem Verbindungsflansch 113 versehen,
mit dem es mit einer Leitung zur Heißluftversorgung verbunden werden
kann.
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Das
obere Ende des Moduls 26B ist mit einem Endflansch 114 versehen,
der als ein Gegenlager für
einen Flansch 115 am hinteren oder oberen Ende des Zentralmoduls 26C dient,
und die aneinander liegenden Flansche 114 und 115 werden
durch die Befestigungsbolzen 116 während des Vorgangs des Zusammenbaus
der Lanze lösbar
aneinander befestigt, wie unten noch beschrieben wird.
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Das
Lanzenmodul 26B ist mit einem äußeren Doppelwandmantel mit
inneren Wasserflusskanälen ausgebildet,
durch welche Wasser durch die Einlass- und Auslassverbindungen 120, 130 zirkuliert
wird. Der Raum zwischen der Doppelwand stellt einen Monoschicht-Flussweg
dar und kann durch Abtrennungen 175 aufgeteilt werden,
um so Wasserfluss-Kompartimente 178 zu bilden, die in beliebiger
Weise angeordnet werden können.
Die Wasserfluss-Kompartimente 178 können durch
eine zentrale Abtrennung 180 in einen oberen 190 und
einen unteren 192 Kühlwasser-Flussweg
aufgeteilt werden. Das Innere des Moduls 26B ist mit feuerfestem
Material 118 ausgekleidet.
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Der
wassergekühlte
Abschnitt der Leitung 31 ist innen mit einer inneren feuerfesten
Auskleidung 46 ausgekleidet, die mit dem innersten Metallrohr 39 der
Leitung zusammenpasst und die sich bis zur wassergekühlten Spitze 36 der
Leitung hin erstreckt. Die innere Peripherie der Leitungsspitze 36 ist
im allgemeinen bündig
mit der inneren Oberfläche
der feuerfesten Auskleidung, die den effektiven Stromkanal für das Gas
durch die Leitung definiert. Das vordere Ende der feuerfesten Auskleidung
besitzt einen Abschnitt 47 mit geringfügig reduziertem Durchmesser, der
im allgemeinen bündig
ist mit der inneren Peripherie der Leitungsspitze 26. Die
feuerfeste Auskleidung wird in Abschnitten gebildet, die in das
innere Leitungsrohr 37 eingepasst sind. Wenn die Lanze
installiert ist und sich in vertikaler Position befindet, sitzt
der Bodenabschnitt der Auskleidung auf der Rückwand 86 der Leitungsspitze
und die übrigen Auskleidungsabschnitte
werden von Mauerungsringen 90 gestützt, die an das Rohr 39 angeschweißt sind.
Dem gemäß wird das
gesamte Gewicht der feuerfesten Auskleidung nach unten auf das innere
Rohr 37 der Leitung abgeleitet. Da die Leitung an ihrem oberen
Ende vollständig
durch das äußere Rohr 39 gestützt wird,
muss diese nach unten wirkende Belastung durch die Verbindung, die
durch die Wand der Spitze 86, die Abtrennungsstruktur 80 und
die Spitzenstruktur 89 gebildet wird, vom inneren Rohr
an das äußere Rohr übertragen
werden. Da diese Elemente alle aus Stahl hergestellt sind, stellen
sie eine sehr solide, starre und verstrebte Verbindung dar, die diese
Kräfte
durchaus übertragen
kann.
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Rückwärts vom
Abschnitt 47 aus gewandt besitzt die feuerfeste Auskleidung
einen geringfügig größeren Durchmesser,
um zu ermöglichen,
dass die zentrale Struktur 33 während des Zusammenbaus der
Lanze nach unten durch die Leitung eingeführt werden kann, ohne die feuerfeste
Auskleidung zu beschädigen.
Die Verwirbelungs-Leitelemente 34 werden dann innerhalb
des mit verringertem Durchmesser versehenen Abschnitt der feuerfesten
Auskleidung bewegt, bis ihr vorderes Ende in den hintersten Teil
der Leitungsspitze 36 eindringt. Im fertigen Aufbau erstrecken
sich die Leitelemente entlang der zentralen Struktur 33 von
hinteren Enden 34A, die von der Leitungsspitze 36 rückwärtig beabstandet sind,
bis zu vorderen Enden 34B, die sich innerhalb der Leitungsspitze
befinden. Die Leitelemente 34 sind so dimensioniert, dass
sie einen geringen radialen Freiraum zur feuerfesten Auskleidung
der Leitung aufweisen. Sie sind auch so dimensioniert, dass dann,
wenn die Lanze sich unter kalten Bedingungen befindet, ein geringer
radialer Freiraum in der Größenordnung
von 2 mm zwischen den vorderen Enden der Leitelemente und der inneren
Peripherie der Leitungsspitze 36 besteht, dass aber bei
der thermischen Ausdehnung unter Betriebsbedingungen die vorderen
Enden mit der innerlich gekühlten
Spitze im Eingriff stehen, die dann seitliche Stützung für die Leitelemente und das
untere Ende der zentralen Struktur 33 bietet. Die zentrale
Struktur ist lang und flexibel und wenn sie nicht gestützt wird,
kann ein Hochgeschwindigkeits-Gassstrom schwere Vibrationen verursachen.
Mit der illustrierten Anordnung ist eine seitliche Stützung durch
das Ineinandergreifen der gekühlten
Spitze mit den Leitelementen gegeben. Die Leitelemente können aus
einem Kobalt-Legierungsmaterial gemacht sein, wie zum Beispiel UMCO 50.
Sie können
auf einer Manschette angebracht sein, die einfach über das
untere Ende der zentralen Struktur gestülpt wird und dann zur Vermeidung
von Rotationen festgekeilt wird.
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Die
Rückwand 86 der
Leitungsspitze 36 ist mit einem verformbaren mittleren
Abschnitt versehen, um radiale Belastungen der Wand beim Ineinandergreifen
mit den vorderen Enden der Leitelemente auszugleichen. Spezieller
ist der ringförmige
Abschnitt des Mantels der Spitze, der diese Wand bildet, mit einer
verformbaren Riffelung 86A mit U-förmigem Querschnitt versehen,
die zum Ausgleich von Überbelastungen
der Wand zusammenklappen kann, um so Spannungen in der Wand unter
radialen Belastungen zu begrenzen, die von thermischen Bewegungen erzeugt
werden, die wiederum von den strengen Betriebsbedingung des HIsmelt-Prozesses
herrühren.
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Das
vordere Ende der zentralen Struktur 33, welches die Leitelemente 34 trägt, ist
von innen wassergekühlt,
und zwar durch Kühlwasser,
das vorwärts durch
die zentrale Struktur vom hinteren Ende zum vorderen Ende der Lanze
hingeführt
und wieder zum hinteren Ende der Lanze durch die zentrale Struktur zurückgeführt wird.
Dies ermöglicht
einen sehr starken Kühlwasserfluss
direkt zum vorderen Ende der zentralen Struktur und zur gekrümmten Nase 35,
welche ganz speziell dem sehr hohen Wärmefluss im Betrieb der Lanze
ausgesetzt ist.
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Die
zentrale Struktur 33 umfasst innere und äußere konzentrische
Stahlrohre 50, 51, die durch Ende-an-Ende liegende
Rohrsegmente gebildet werden und an ihren Enden miteinander verschweißt sind.
Das innere Rohr 50 definiert einen zentralen Wasserflusskanal 52,
durch welchen Wasser vorwärts
durch die zentrale Struktur von einem Wassereinlass 53 am
hinteren Ende der Lanze durch die Nase 35 am vorderen Ende
der zentralen Struktur fließt,
und das Kühlwasser
fließt
von der Nase 35 zurück
durch die zentrale Struktur zu einem Wasserauslass am hinteren Ende
der Lanze durch einen ringförmigen
Wasserrückführungskanal 54,
der zwischen den zwei Rohren definiert ist.
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Das
Nasenende 35 der zentralen Struktur 33 umfast
einen inneren Kupferkörper 62,
der in einen äußeren gekrümmten Nasenmantel
eingepasst ist, der ebenfalls aus Kupfer besteht. Das innere Kupferstück 61 ist
mit einem zentralen Wasserflusskanal 63 versehen, um Wasser
vom zentralen Kanal 52 der Struktur 33 aufzunehmen
und es zur Spitze der Nase weiterzuleiten. Der Kupferkörper 62 ist
mit hervorstehenden Rippen 64 versehen, die bündig in
den Mantel 62 der Nase eingepasst sind, um so einen einzelnen
kontinuierlichen Kühlwasserkanal 65 zwischen dem
Kupferkörper 61 und
dem äußeren Nasenmantel 62 zu
bilden. Die Rippen 64 sind so geformt, dass der einzelne
kontinuierliche Kanal 65 sich als ringförmige Kanalsegmente 66 erstreckt,
die mit Kanalsegmenten 67 verbunden sind, die von einem
zum anderen ringförmigen
Segment hin abfallen. Auf diese Weise erstreckt sich der Kanal 65 von
der Spitze der Nase in einer Spirale, die, obwohl sie nicht regelmäßige Helixform
aufweist, sich herum- und entlang der Nase zurückwendelt, um am hinteren Ende
der Nase in den ringförmigen
Rückführungskanal,
der zwischen den Rohern 51, 52 der zentralen Struktur 33 gebildet
ist, auszutreten.
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Der
erzwungene Fluss von Kühlwasser
in einem einzelnen kohärentem
Strom durch den spiralförmigen
Kanal 65, der sich um die Nase herum und entlang des Nasenendes 35 der
zentralen Struktur zurück
erstreckt, stellt eine effiziente Wärmeabführung sicher und verhindert
die Ausbildung von "hot spots" an der Nase, die
auftreten könnten,
wenn das sich Wasser an der Nase in getrennte Ströme aufteilen
könnte.
In der illustrierten Anordnung wird das Wasser, sobald es in das
Nasenende 35 eintritt und bis es das Nasenende wieder verlässt, in
einen einzelnen Strom gezwungen.
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Die
innere Struktur 33 ist mit einem äußeren Hitzeschild 69 versehen,
um gegen. Wärmeübertragung
vom in der Leitung 31 hereinkommenden heißen Gasstrom auf
das in der zentralen Struktur 33 fließende Kühlwasser abgeschirmt zu sein.
Ein festes Hitzeschild, dass den sehr hohen Temperaturen und den
Hochgeschwindigkeits-Gasströmen,
die in einer großtechnischen
Schmelzanlage auftreten, ausgesetzt ist, wird nur eine kurze Betriebsdauer
haben. In der illustrierten Anordnung wird das Schild 69 durch
rohrförmige
Manschetten aus keramischem Material gebildet, das unter der Bezeichnung
UMCO verkauft wird. Diese Manschetten sind Ende-an-Ende angeordnet,
so dass sie ein kontinuierliches keramisches Schild bilden, das
eine Luftlücke
zwischen dem Schild und dem äußersten
Rohr 51 der zentralen Struktur umgibt. Weitere Details
der Art und Weise in welcher das Schild aufgebaut ist können der
Offenbarung der United States Patent Beschreibung 6,673,305 entnommen
werden.
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Beim
Einbau der Lanze in das Reaktionsgefäß wird die Montagemanschette 110 mittels
der Befestigungsbolzen 121 an einem Flansch 122 am
oberen Ende einer rohrförmigen Öffnung 123 in
der oberen Wand des Reaktionsgefäßes befestigt.
Der Montageflansch 110 ist mit einer hohlen, rohrförmigen Verlängerungsmanschette 124 versehen,
die innerhalb der rohrförmigen Öffnung 123 heraussteht
und im Inneren durch einen Fluss an Kühlwasser durch einen Einlass 125 und
einen Auslass 126, die sich durch den Montageflansch 110 erstrecken,
wassergekühlt.
Vom Einlass 125 fließt
Wasser durch den inneren Kanal 127 zunächst zum Bodenende der rohrförmigen Manschette
und fließt
dann durch diese rohrförmige
Manschette sukzessive durch eine Reihe von Umfangskompartimenten,
die durch Umfangsabtrennungen 128 innerhalb der Wände der
Manschette gebildet werden, zurück.
Die Kühlung
der Manschette 124 innerhalb der rohrförmigen Öffnung des Reaktionsgefäßes bewirkt
das Erkalten von Schlacke innerhalb des Bodens der Öffnung,
so dass sich die Öffnung
schließt
und der Wärmefluss
durch die Öffnung
vermindert wird. Die Manschette 124 ist eine Aussparungspassung
innerhalb der Öffnung
und erstreckt sich auch mit einem geringen Freiraum um den Lanzenkörper herum,
der durch erkaltende Schlacke geschlossen wird. Diese Anordnung schützt die
Reaktionsgefäßöffnung und
den Flansch 122 vor Überhitzung
und vermeidet die Notwendigkeit, Kühlkanäle in diesem Teil des Reaktionsgefäßes vorzusehen.
Die Größe der Manschette 124 und
im besonderen der Außendurchmesser
der Manschette werden so gewählt,
dass zwischen der rohrförmigen Öffnung 123 einerseits
und dem Lanzenmodul 26A und der sich beim Betrieb der Lanze
unvermeidlich auf der äußeren Wand
des Moduls abscheidenden Schlackeschicht andererseits ein Freiraum
besteht. Mit dieser Anordnung können
das Lanzenmodul 26A und die erkaltete Schlacke aus dem
Reaktionsgefäß entfernt
werden, ohne die rohrförmige Öffnung 123 zu
berühren.
Dies ist ein wichtiges Merkmal von dem Standpunkt aus gesehen, dass
das Risiko einer Beschädigung
des Reaktionsgefäßes oder
des Lanzenmoduls während
der Herausnahme der Lanze durch erkaltete Schlacke auf dem Lanzenmodul 26A minimiert
werden soll.
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Die
Art und Weise des Einbaus der Lanze ist in den 18 bis 20 gezeigt. Die drei Lanzenmodule 26A, 26B und 26C werden
separat voneinander hergestellt und zum Standort des Reaktionsgefäßes zum
sukzessiven Einbau in dasselbe gebracht. In einem ersten Einbauschritt
wird das Hauptleitungsmodul 26A mittels eines Krans an
den Anhebungsösen 131 am äußersten
oberen Ende des Moduls angehoben, so dass es vertikal vom Kran aus
herunterhängt und
nach unten durch die rohrförmige Öffnung 123 in die
obere Wand des Reaktionsgefäßes eingeführt werden
kann, wie in 18 gezeigt ist. Das Modul 26A wird
nun herabgelassen, bis der Montageflansch 110 am Flansch 122 des
Reaktionsgefäßes anliegt, woraufhin
die Flansche 110 und 122 mit den Befestigungsbolzen 121 stabil
aneinander befestigt werden.
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In
einem zweiten Einbauschritt wird das Gaseinlassmodul 26B mittels
eines Krans an den Anhebungsösen 132 am
oberen Ende des Moduls angehoben, so dass der rohrförmige Körper des
Moduls vertikal nach unten hängt,
wie in 19 gezeigt ist. Das Modul 26B wird
heruntergelassen, bis der Flansch 111 an seinem unteren
Ende am Flansch 103 am oberen Ende des Moduls 26A anliegt,
woraufhin die Flansche 111 und 103 mit den Verbindungsbolzen 112 miteinander
verbunden werden.
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In
einem dritten Einbauschritt wird das zentrale Lanzenmodul 26C mittels
eines Krans durch die Anhebungsösen 133 am
oberen Ende des Moduls angehoben, so dass das Modul vertikal nach
unten herunterhängt
und nach unten durch das Gaseinlassmodul 26B in das Hauptleitungsmodul 26A geführt werden
kann, wie in 20 gezeigt ist. Das Zentralmodul
wird heruntergelassen, bis sein Flansch 115 am Flansch 114 am
oberen Ende des Gaseinlassmoduls anliegt, woraufhin die Flansche 114 und 115 durch
die Befestigungsbolzen 116 aneinander befestigt werden,
wodurch der Einbau der Lanze komplettiert ist. In der fertig eingebauten
Lanze wird das Zentralmodul an seiner Verbindung mit dem oberen
(hinteren) Ende des Gaseinlassmoduls gehalten, so dass es innerhalb
des rohrförmigen
Körpers
des Gaseinlassmoduls und des Inneren des Hauptleitungsmoduls vertikal
herabhängt.
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Um
die Lanze wieder zu entfernen werden die drei Lanzenmodule sukzessive
voneinander gelöst
und mittels eines Krans in umgekehrter Reihenfolge wie bei ihrem
Einbau angehoben, das heißt dass
das Zentralmodul zuerst entfernt wird, gefolgt von den Modulen 26B und 26A.
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Der
modulare Aufbau und das oben beschriebene Einbauverfahren ermöglichen
die Herstellung und den Einbau von sehr großen und schweren Lanzen in
großindustrielle
Direktschmelzanlagen.
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Box Nr. V
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2. Zitierte Dokumente und
Erklärungen
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Die
Gaseinblaslanze, wie sie in der
US 5,377,960 gelehrt
wird, hat einen Umfangs-Montageflansch und eine wassergekühlte rohrförmige Manschette,
wie es von den Ansprüchen
14 und 15 gefordert wird. Diese Ansprüche werden folglich als nicht neu
und nicht erfinderisch angesehen.
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Box Nr. VIII
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Es
werden die folgenden Bemerkungen bezüglich der Klarheit der Ansprüche, der
Beschreibung und der Zeichnungen oder bezüglich der Frage, ob die Ansprüche vollständig durch
die Beschreibung gestützt
sind, gemacht:
Durch die Beschreibung als Ganzes ist klar,
dass die Gaseinblaslanze der Erfindung eine sehr großen modularen
Aufbau aufweist, mit Verwirbelungselementen an ihrer ringförmigen Spitze
und einem entfernbaren verzweigten Gaseinlass am anderen Ende der Lanze.
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Die
Ansprüche
14 und 15 sind dagegen im Vergleich nicht so limitiert, obwohl sie
Abschnitte aus der Beschreibung wiederholen, und können als
Standard-Gaseinblaslanze
mit einem Umfangs-Montageflansch und einer wassergekühlten Manschette
angesehen werden.
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Fortsetzung von Box IV:
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Die
Erfindung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, bezieht sich auf
eine Lanze zum Einblasen von Gas in ein Reaktionsgefäß, wobei
die Lanze aus drei Modulen, die lösbar aneinander mittels lösbarer Befestigungselemente
befestigt sind, aufgebaut ist, wobei die Module umfassen:
- 1) ein Hauptleitungsmodul, das die Gasleitung entlang
eines Hauptteils der Länge
der Leitung bildet und die besagte Wasserversorgungs- und -rückführungsdurchgänge und
besagte ringförmige
Leitungsspitze enthält,
- 2) ein Gaseinlassmodul, das einen rohrförmigen Körper enthält, der lösbar am hinteren Ende des Hauptleitungsmoduls
mittels eines ersten Satzes von besagten Befestigungselementen befestigt ist,
so dass sein Inneres mit dem Inneren des Leitungsmoduls verbunden
ist, und ein Verzweigungsrohr enthält, das seitlich vom rohrförmigen Körper abzweigt,
um so als Gaseinlass zum Einlassen von Gas in den rohrförmigen Körper und somit
ins Innere des Hauptgasmoduls zu dienen, und
- 3) ein Zentralmodul, das die besagte längliche zentrale Struktur und
besagte gasflussleitende Lenkelemente bildet, und das lösbar mittels
eines zweiten Satzes von besagten Befestigungselementen am hinteren
Ende des rohrförmigen
Körpers
des Gaseinlassmoduls befestigt ist.
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Diese
drei Merkmale werden als ein erstes spezielles Merkmal angesehen.
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Anspruch
14 definiert eine Lanze zum Einblasen von Gas in ein Reaktionsgefäß, welches
eine Öffnung
zur Aufnahme der Lanze besitzt, wobei die Lanze einen rohrförmigen Lanzenkörper umfasst,
der eine Gasleitung für
den Gasstrom durch die Lanze definiert und so angepasst ist, dass
er sich durch die Gefäßöffnung in
das Reaktionsgemß hinein
erstreckt, wobei ein Lanzen-Montage-Umfangsflansch vom Lanzenkörper nach
Außen
hervorragt, und eine rohrförmige
Manschette sich entlang des Umfangs des Lanzenkörpers in der Nähe des Montageflansches
erstreckt.
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Diese
Merkmale werden als ein zweites spezielles Merkmal angesehen.
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Da
die oben erwähnten
Gruppen von Ansprüchen
nicht jedes der aufgefundenen technischen Merkmale teilen, existiert
keine "technische
Beziehung" zwischen
den Erfindungen, wie sie in der PCT Regel 13.2 definiert ist.
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Dem
entsprechend bezieht sich die internationale Anmeldung nicht auf
eine Erfindung oder ein einziges erfinderisches Konzept.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Lanze 26 zum Einblasen von heißem Gas in ein Reaktionsgemß 11 ist
aus drei Modulen 26A, 26B und 26C aufgebaut,
die alle separat hergestellt werden und in aufeinanderfolgenden
Schritten zusammengebracht und mit lösbaren Befestigungselementen
miteinander verbunden werden. Das Lanzenmodul 26A ist ein
Hauptleitungsmodul, das eine längliche
Leitung 31 bildet, durch welche heißes Gas in einen oberen Bereich
des Reaktionsgefäßes geführt werden
kann. Das Lanzenmodul 26B ist ein Gaseinlassmodul durch
welches heißes
Gas in die Leitung 31 des Moduls 26A geführt werden
kann. Das Lanzenmodul 26C ist ein Zentralmodul, welches
eine längliche
zentrale rohrförmige
Struktur 33 enthält,
die sich innerhalb der Gasleitung 31 erstreckt und an ihrem
unteren Ende eine Reihe von Verwirbelungs-Leitelementen 34 trägt, um den
aus der Leitung austretenden Gasstrom zu verwirbeln. Das Hauptleitungsmodul 26A hat
einen Montageflansch 110, der an einem Flansch 122 des
Reaktionsgefäßes 11 anliegt und
die Flansche 110 und 122 sind mit den Bolzen 121 aneinander
befestigt. Das Gaseinlassmodul hat einen unteren Montageflansch 111,
der an einem Flansch 103 am oberen Ende des Moduls 26A anliegt
und die Flansche 111 und 103 sind miteinander durch
die Bolzen 112 verbunden. Das Zentralmodul 26C hat
einen Montageflansch 115, der an einem Flansch 114 am
oberen Ende das Einlassmoduls 26B anliegt und die Flansche 114 und 115 sind
mit den Bolzen 116 aneinander befestigt.