DE1234641B

DE1234641B - Burner for destroying semi-metallic, semi-mineral masses of great thickness, especially the bears of converters

Info

Publication number: DE1234641B
Application number: DEA36102A
Authority: DE
Inventors: Andre Heydacker
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1959-11-24
Filing date: 1960-11-23
Publication date: 1967-02-23

Description

Brenner zum Zerstören von halbmetallischen, halbmineralischen Massen großer Dicke, insbesondere der Bären von Konvertern Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Zerstören von halbmetallischen, halbmineralischen Massen großer Dicke, insbesondere der Bären von Konvertem, welche die Mündungen von Stahlwerkskonvertern versperren, bei dem ein in einem wenig reaktionsfähigen Trägergas oder in einer wenig reaktionsfähigen Trägerflüssigkeit zugeführtes brennbares Metallpulver zusammen mit Sauerstoff und einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff verbrannt wird. Die Entfernung derartiger Bären, deren Abmessungen von der Größe des Konverters abhängen, war bisher schwierig. Besonders unangenehm konnte diese Arbeit werden, wenn die Konverter häufig von diesen Bären befreit werden mußten.Burners for destroying semi-metallic, semi-mineral masses large thickness, especially the bear of converters The invention relates to a Burners for destroying semi-metallic, semi-mineral masses of great thickness, especially the bears of converters, which are the mouths of steel mill converters block, in which one in a less reactive carrier gas or in a Combustible metal powder supplied with less reactive carrier liquid is burned with oxygen and a gaseous or liquid fuel. the Removal of such bears, the dimensions of which depend on the size of the converter, has been difficult so far. This work could be particularly uncomfortable when the Converters often had to be freed from these bears.

Mit den bekannten Schneidbrennern, auch unter Verwendung von brennbarem Metallpulver, konnten bisher keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden. Wahrscheinlich liegt das an der Beschaffenheit der Bären, die eine heterogene, unregelmäßige Masse aus Guß, Schlacke, Metalloxyden, Kalk und feuerfesten Bruchstücken sind und häufig große Hohlräume aufweisen. Zudem haften die Bären fest an der feuerfesten Auskleidung des Konverters.With the known cutting torches, also with the use of flammable Metal powder, so far no satisfactory results have been achieved. Probably this is due to the nature of the bears, which are a heterogeneous, irregular mass made of cast iron, slag, metal oxides, lime and refractory fragments are and are common have large cavities. In addition, the bears adhere firmly to the refractory lining of the converter.

Die bekannten Brennschneider weisen in der Regel einen axialen Sauerstoffkanal auf, der von einem Kranz von Kanälen für eine Mischung von acetylenhaltigem Brenngas und Sauerstoff umgeben ist, wobei ein äußerer Kranz von zur Brennerachse konvergierenden Kanälen angeordnet ist, für ein Trägermittel für Metallpulver, gewöhnlich Sauerstoff. Die Metallpulverdüsen liegen dabei in der Ebene der Sauerstoffdüse und der Brenngasdüsen. Bei einem derartigen Schneidbrenner wurde auch schon vorgesehen, die Metallpulverdüsen in Strahlrichtung gesehen vor der Sauerstoffdüse anzuordnen, so daß die Metallpulverstrahlen die aus den Düsen austretenden Brenngasstrahlen durchstoßen mußten, bevor sie den mittigen Sauerstoffstrahl trafen. Bei einer Ausführungsforra eines bekannten Schneidbrenners mündet der Metallpulverkanal im Innern des Düsenkopfes in eine Saugkammer, aus der das Metallpulver von dem mittig austretenden Sauerstoffstrahl angesaugt wird, während ein brennbares Gasgemisch, z. B. aus Sauerstoff und Azetylen, durch mehrere die Austrittsöffnung für das Metallpulver-Sauerstoff-Gemisch kranzförmig umgebende Düsen austritt.The known flame cutters usually have an axial oxygen channel on that of a ring of channels for a mixture of acetylene-containing fuel gas and oxygen is surrounded, with an outer rim of converging to the burner axis Channels is arranged for a carrier medium for metal powder, usually oxygen. The metal powder nozzles lie in the plane of the oxygen nozzle and the fuel gas nozzles. In such a cutting torch, the metal powder nozzles have already been provided To be arranged in front of the oxygen nozzle as seen in the jet direction, so that the metal powder jets the exiting from the nozzles had to penetrate the fuel gas jets before they met the central oxygen beam. In one embodiment of a known cutting torch the metal powder channel opens inside the nozzle head in a suction chamber from which the metal powder is sucked in by the oxygen jet exiting in the middle, while a combustible gas mixture, e.g. B. from oxygen and acetylene, through several the Outlet opening for the metal powder-oxygen mixture surrounding nozzles in a ring exit.

Nach ihrer Arbeitsweise lassen sich diese bekannten Schneidbrenner in drei Gruppen einteilen: a) Schneidbrenner, bei denen das Metallpulver durch den Brennstoff oder das Oxydationsgas befördert wird; b) Schneidbrenner, bei denen das Trägermittel für das Metallpulver zwischen einem Schleier des Oxydationsmittels und einer Flamme ausgeworfen wird, die durch Verbrennung einer Mischung von brennbarem Gas und Oxydationsmittel gebildet ist; c) Schneidbrenner, bei denen das Trägermittel für das Metallpulver eine Flamme durchquert, bevor der Sauerstoffstrahl getroffen wird.According to their mode of operation, these known cutting torches can be divided into three groups: a) cutting torches in which the metal powder is conveyed through the fuel or the oxidizing gas; b) cutting torches in which the carrier medium for the metal powder is ejected between a veil of the oxidizing agent and a flame formed by the combustion of a mixture of combustible gas and oxidizing agent; c) cutting torches in which the carrier means for the metal powder passes through a flame before the oxygen jet is hit.

Bei den Schneidbrennem der Gruppe a bestehen emste Explosionsgefahren. Die Gefahr einer Explosion besteht auch in vermindertem Maße bei den Schneidbrennem der Gruppen b und c infolge der vorherigen Vermischung der vorzuheizenden Gase. Außerdem begünstigen diese Schneidbrenner nicht die progressive Verbrennung von Gasen und Metallpulver auf einer großen Länge.Group a cutting torches pose a serious risk of explosion. The risk of an explosion also exists to a lesser extent with the cutting torches of groups b and c as a result of the previous mixing of the gases to be preheated. In addition, these cutting torches do not favor the progressive combustion of gases and metal powder over a long length.

Diese Gefahren und Mängel sind von erheblicher Bedeutung, wenn es sich um die Lösung der Aufgabe der Erfindung, nämlich die Zerstörung von halbmetallischen, halbmineralischen Massen großer Dicke, insbesondere der Bären von Konvertem, handelt, denn die dazu notwendigen Brenner weisen eine ganz erhebliche Größe auf. Während die bekannten Schneidbrenner z. B. mit Düsen für den das Metallpulver tragenden Sauerstoff von 3,2 mm Durchmesser ausgerüstet sind, kommen für die Zwecke der Erfindung Brenner mit einer Sauerstoffdüse von 60 mm Durchmesser, also einem etwa 350mal so großen Austrittsquerschnitt, in Betracht. Dementsprechend ist mit den Brennern für die Zwecke der Erfindung auch eine sehr lange Flamme von mehr als 2 m und sogar mehr als 4 m zu erzeugen, um einen freien Schnitt zu gewährleisten, selbst wenn heterogene Massen großer Abmessungen zu zerstören sind.These dangers and deficiencies are of considerable importance when it comes to the solution of the object of the invention, namely the destruction of semi-metallic, semi-mineral masses of great thickness, in particular the bears of converters, because the burners required for this are very large . While the known cutting torch z. B. are equipped with nozzles for the oxygen carrying the metal powder with a diameter of 3.2 mm, burners with an oxygen nozzle with a diameter of 60 mm, ie an outlet cross-section approximately 350 times as large, are suitable for the purposes of the invention. Accordingly, a very long flame of more than 2 m and even more than 4 m is to be generated with the burners for the purposes of the invention in order to ensure a free cut, even if heterogeneous masses of large dimensions are to be destroyed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem keine Rückzündungen auftreten und der eine vollständige Verbrennung bei großen Abmessungen gewährleistet, so daß z. B. Bären von Konvertern einfacher als bisher herausgeschnitten werden können.The invention is based on the object of a burner of the initially to create named genus, in which no re-ignition occurs and the one complete combustion guaranteed with large dimensions, so that, for. B. bears can be cut out by converters more easily than before.

Die Erfindung besteht darin, daß das oder die stark mit Metallpulver beladene Trägergas bzw. Trägerflüssigkeit in dichten konvergierenden Strahlen zwischen dem mittigen, mit schwacher Geschwindigkeit austretenden Sauerstoffstrahl und den äußeren Brennstoffstrahlen zuaeführt wird und daß sich die Sauerstoff- und Brennstoffstrahlen und das mit Metallpulver beladene Trägergas erst außerhalb des Brenners vermischen. Wesentlich ist hierbei, daß die äußeren Brennstoffstrahlen nur Brennstoff, wie Azetylen, enthalten und das Trägergas bzw. die Trägerflüssigkeit für das Metallpulver wenig reaktionsfähig ist. Hierfür kommt z. B. Stickstoff ' Kohlensäuregas oder Luft in Betracht, während die bekannten Schneidbrenner sehr häufig als Trägergas Sauerstoff verwenden.The invention consists in that the carrier gas or carrier liquid heavily loaded with metal powder is supplied in dense converging jets between the central, low-speed oxygen jet and the outer fuel jets and that the oxygen and fuel jets and the carrier gas loaded with metal powder are mixed do not mix until outside of the burner. It is essential here that the external fuel jets contain only fuel, such as acetylene, and that the carrier gas or the carrier liquid is not very reactive for the metal powder. For this comes z. B. nitrogen ' carbon dioxide gas or air into consideration, while the known cutting torches very often use oxygen as the carrier gas.

Das brennbare Metallpulver besteht oder enthält in bekannter Weise z. B. Eisen, Aluminium, Eisenlegierungen gegebenenfalls unter Zusatz eines Flußmittels oder eines Bestandteiles zur Bildung eines Flußmittels. Die Durchsatzmenge des Trägermittels für das Pulver soll wenig oberhalb der Mindestmenge für die Mitführung der geeigneten Metallpulverinenge liegen.The combustible metal powder consists or contains in a known manner z. B. iron, aluminum, iron alloys, optionally with the addition of a flux or a component to form a flux. The throughput rate of the carrier for the powder should be little above the minimum amount for carrying the appropriate Metal powder lying tight.

Der Sauerstoffstrahl weist einen großen Querschnitt und einen verhältnismäßig schwachen Druck auf. Querschnitt und Druck hängen dabei von der Dicke der zu schneidenden Masse ab, wobei die Verbrennung des Gases und des Pulvers fortschreitend bis zum Boden der freizulegenden Abflußrinne erfolgen soll. Vorzugsweise wird Niederdrucksauerstoff verwendet.The oxygen jet has a large cross-section and a proportionate one weak pressure on. The cross-section and pressure depend on the thickness of the material to be cut Mass from, with the combustion of the gas and the powder progressing to the The bottom of the gutter to be exposed is to be carried out. Low pressure oxygen is preferred used.

Bei einer Ausgestaltung des Gegenstands des Anspruchs 1 sind einige leicht konvergierende Metallpulverkanäle um die Sauerstoffdüse in geringem Ab- stand hinter deren Mündung angeordnet. Außerdem münden die Metallpulverkanäle im Boden einer ringförmigen Kammer aus, deren äußere Wand kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wobei die gedachte Spitze des Kegelstumpfes in Strömungsrichtung der Gase gesehen vor der Kammer liegt und der Spitzenwinkel 10 bis 20' beträgt. Dadurch wird einer Vers c 'hmutzung des Brennennundstücks entgegengewirkt. C, Auch die Brenngaskanäle konvergieren unter einem Winkel von ungefähr 10 bis 20' zur Brennerachse und weisen einen Querschnitt von ungefähr 5,2 mm an ihrer Basis und 5,1 mm an der Düsenmündung auf. Die Kanäle können jedoch auch eine zylindrische Form in der Längsmittelebene aufweisen.In one embodiment of the subject matter of claim 1 , some slightly converging metal powder channels are arranged around the oxygen nozzle at a short distance behind its mouth. In addition, the metal powder channels open into the bottom of an annular chamber, the outer wall of which is frustoconical, the imaginary tip of the truncated cone lying in front of the chamber when viewed in the direction of flow of the gases and the tip angle being 10 to 20 '. This counteracts contamination of the nosepiece. C, The fuel gas channels also converge at an angle of approximately 10 to 20 'to the burner axis and have a cross section of approximately 5.2 mm at their base and 5.1 mm at the nozzle mouth. However, the channels can also have a cylindrical shape in the longitudinal center plane.

Ein Ausführungsbeispiel des Brenners nach der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Brenners nach der Erfindung in Arbeitsstellung, F i g. 2 einen schematischen Axialschnitt durch den Kopf des Brenners, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 2.An embodiment of the burner according to the invention is described below with reference to the drawing. 1 shows a schematic overall view of a burner according to the invention in the working position, FIG. 2 shows a schematic axial section through the head of the burner, FIG. 3 shows a section along the line IV-IV in FIG. 2.

Ein Konverter 1 ist mit seiner Schnauze 6 gegenüber dem Brenner 3 geneigt, der auf einer Bühne 2 aufgebaut ist. Der Schneidbrenner wird von einem Traggestell 4 auf einem Wagen 5 getragen. Die Konverterschnauze 6 ist zum großen Teil an den Stellen 7 und 8 verstopft.A converter 1 is inclined with its snout 6 in relation to the burner 3 , which is set up on a stage 2. The cutting torch is carried by a support frame 4 on a carriage 5 . The converter snout 6 is largely blocked at points 7 and 8.

Im Gegensatz zu früher gestattet der Brenner nach der Erfindung in weniger als einer halben Stunde eine völlig verstopfte Gießöffnung eines Konverters von 30 t weitgehend freizulegen. In den ausgezogenen Linien B-B' der F i g. 1 sind die Grenzen des Schnittes dargestellt, die mit dem Brenner nach der Erfindung erzielt werden können. Zur leichteren Bedienung des Brenners 3 ist sein Traggestell 4 auf dem Wagen 5 mit einer turmartigen Vorrichtung 11 verbunden, die eine Neigung des Brenners gestattet. Diese Lagerung erlaubt in bequemer Weise, zuerst eine halbelliptische Rinne rechts oder links und dann eine Rinne symmetrisch zur ersten auszuschneiden. Der zwischen den beiden Rinnen noch stehenbleibende enge Teil am oberen Teil der Schnauze wird an letzter Stelle geschnitten, um den Restteil der Mündung frei zu machen.In contrast to earlier times, the burner according to the invention allows a completely clogged pouring opening of a converter of 30 t to be largely uncovered in less than half an hour. In the solid lines BB 'of FIG. 1 shows the limits of the section that can be achieved with the burner according to the invention. For easier operation of the burner 3 , its support frame 4 is connected to the carriage 5 with a tower-like device 11 which allows the burner to be inclined. This storage allows in a convenient way to first cut a semi-elliptical groove on the right or left and then a groove symmetrically to the first. The narrow part of the upper part of the muzzle that remains between the two grooves is cut at the last point to clear the rest of the mouth.

Der vordere Teil des Brenners kann durch einen Schirm 9 geschützt werden.The front part of the burner can be protected by a screen 9 .

Der Wagen 5 trägt einen Schutzschild 10. Ein Teil dieser Anlage liegt unter einem Schirmdach 12, das hinter dem Traggestell 4 befestigt ist, wo sich insbesondere ein Manometer 13, Ventile und Verbindungsstücke 14 für die Leitungen befinden. Die Sauerstoffleitung 15 kann an eine Gruppe von Flaschen 16 über einen Druckminderer 17 und ein Regelventil 18 angeschlossen sein. Ferner sind vier Azetylenleitungen 19 vorgesehen, die zu zweit an einen hydraulischen Unterbrecher 20 und an eine Membran angeschlossen sind. Das Azetylen wird entweder von einer mit geeignetem Druckminderer ausgerüsteten Zentrale oder von einer Flaschenbatterie 22 geliefert.The carriage 5 carries a protective shield 10. A part of this system lies under a canopy 12 which is fastened behind the support frame 4, where in particular a pressure gauge 13, valves and connecting pieces 14 for the lines are located. The oxygen line 15 can be connected to a group of bottles 16 via a pressure reducer 17 and a control valve 18 . Furthermore, four acetylene lines 19 are provided, two of which are connected to a hydraulic interrupter 20 and to a membrane. The acetylene is supplied either from a central unit equipped with a suitable pressure reducer or from a cylinder battery 22.

Die Metallpulverleitungen 23 sind an einen Verteiler 24 angeschlossen, mit dem das Metallpulver in einem Druckluft- oder Druckstickstoffstrom in Suspension gebracht wird. Das Druckmittel wird von einer Flasche 25 geliefert und durch ein Ventil 26 geregelt. Die hintere Tafel 14 des Schneidbrenners ist mit Anschlüssen 27 und 28 für Zu- und Ableitung des Umlaufwassers in den Schutzmantel 40 des Brenners ausgerüstet.The metal powder lines 23 are connected to a distributor 24 with which the metal powder is brought into suspension in a stream of compressed air or pressurized nitrogen. The pressure medium is supplied from a bottle 25 and regulated by a valve 26 . The rear panel 14 of the cutting torch is equipped with connections 27 and 28 for supplying and discharging the circulating water into the protective jacket 40 of the torch.

Rings um die Sauerstoffdüse 30, die hinten mit der Sauerstoffleitung 15 verbunden ist, ist eine ringförmige Kammer 32 erkennbar, deren öffnung einige Millimeter hinter der Stimkante 31 der Sauerstoffdüse 30 liegt. In die ringfönnige Kammer 32 münden Metallpulverkanäle 23. Die ringförmige Kammer 32 ist im Vorderteil eines Ringstückes 34 eingearbeitet. Dieses die Sauerstoffdüse 30 umgebende Ringstück 34 weist einen konischen Bereich 37 auf, in dem eine Reihe von Brennstoffkanälen 38 eingearbeitet sind. Die Brennstoffkanäle 38 münden in einen Ringraum 36, in den die vier Azetylenleitungen 19 münden. Ein Außenring 35 umgibt das Ringstück 34. Die Innenwand des Außenrings 35 bildet die äußere Wand der Brennstoffkanäle 38 und des Ringraumes 36. Eine andere Ausführungsform besteht aus einem Kopf aus einem Block, bei dem die Brennstoffkanäle 38 aus dem Vollen gebohrt sind.Around the oxygen nozzle 30, which is connected to the oxygen line 15 at the rear, an annular chamber 32 can be seen , the opening of which is a few millimeters behind the front edge 31 of the oxygen nozzle 30 . 23. In the ringfönnige chamber 32 open channels metal powder The annular chamber 32 is incorporated in the front part of a ring piece 34th This ring piece 34 surrounding the oxygen nozzle 30 has a conical region 37 in which a number of fuel channels 38 are incorporated. The fuel channels 38 open into an annular space 36 into which the four acetylene lines 19 open. An outer ring 35 surrounds the ring piece 34. The inner wall of the outer ring 35 forms the outer wall of the fuel channels 38 and the annular space 36. Another embodiment consists of a head made of a block in which the fuel channels 38 are drilled from solid.

Der Außenring 35 ist von einem Wassermantel 40 umgeben, in dem Wasserzuleitungsrohre 27 angeordnet sind, während der Wasserrücklauf durch den Ringraum 28 zwischen den Rohren 27 erfolgt. Die Nase dieses Wassermantels kann mit einem Ablaufgerät für überhitzung und Überdruck ausgerüstet sein, das unter Einwirkung auf eine Sicherheitsanlage die Brennstoffzufuhr im Fall mangelhafter Kühlung abschneidet.The outer ring 35 is surrounded by a water jacket 40, are arranged in the water supply pipes 27, while the return water takes place through the annular space 28 between the tubes 27th The nose of this water jacket can be equipped with a drain device for overheating and overpressure, which cuts off the fuel supply in the event of insufficient cooling, acting on a safety system.

Zwei Faktoren scheinen beim Arbeiten mit dem Brenner nach der Erfindung eine entscheidende Rolle zu spielen: in der ersten Linie die schwache Austrittsgeschwindigkeit des Sauerstoffes trotz sehr großer Durchflußmenge. In dieser Hinsicht scheint es sehr erwünscht zu sein, daß ein laminares Geschwindigkeitsprofil auftritt und daß die Geschwindigkeit merklich unterhalb 300 m/Sek. liegt. Dies trägt zu einer sehr langen, auf ihrer ganzen Länge aktiven Flamme bei. Ein zweiter, besonders hervorzuhebender Faktor ist die sehr große Ausstoßleistung an Eisenpulver, die weit oberhalb der bisher üblicherweise angewand-Iten Leistungen liegt und die durch die neue Anordnung der Pulverstrahlen zwischen den konvergierenden Schleiern aus Sauerstoff und Azetylen ermöglicht wird.Two factors seem to play a decisive role when working with the burner according to the invention: in the first place, the slow exit speed of the oxygen despite the very large flow rate. In this regard it appears to be very desirable that a laminar velocity profile occur and that the velocity be well below 300 m / sec. lies. This contributes to a very long flame that is active along its entire length. A second factor to be particularly emphasized is the very high output of iron powder, which is far above the previously commonly used outputs and which is made possible by the new arrangement of the powder jets between the converging veils of oxygen and acetylene.

Unter diesen Bedingungen wurde festgestellt, daß der Schnitt nahezu augenblicklich an den Konverterbären einsetzt, unabhängig davon, ob die Konverter kalt oder warm sind. In der freien Atmosphäre konnte festgestellt werden, daß das Pulver bis auf 5 m von der Schneidbrennerspitze brannte, und Schnitte unter einer Dicke von 3 m konnten ohne besondere Schwierigkeiten verwirklicht werden. Es sei noch erwähnt, daß sich im Verlauf der Bärenentfernung mit dem Brenner mehrere Tonnen flüssiger Schlacke gebildet hatten.Under these conditions, it was found that the cut occurs almost instantly on the converter heads, regardless of whether the converters are cold or warm. In the open atmosphere it was found that the powder burned up to 5 m from the cutting torch tip, and cuts less than 3 m thick could be made without any particular difficulty. It should also be mentioned that several tons of liquid slag had formed in the course of the bear removal with the burner.

Alle über die Erfindung hinausgehende Teile, wie z. B. die Haltevorrichtung 4, 5, 10, 11, 12, dienen nur der Erläuterung und sind nicht Gegenstand der Erfindung.All parts beyond the invention, such as. B. the holding device 4, 5, 10, 11, 12, serve only for explanation and are not the subject of the invention.

Claims

Claims: 1. Burner for destroying semi-metallic, semi-mineral masses of great thickness, in particular the bears of converters, in which a combustible metal powder supplied in a less reactive carrier gas or in a less reactive carrier liquid is burned together with oxygen and a gaseous or liquid fuel, d a d urch g e - indicates that the carrier gas or carrier liquid heavily loaded with metal powder is supplied in dense, converging jets between the central, low-speed oxygen jet and the outer fuel jets and that the oxygen and fuel jets and Only mix the carrier gas loaded with metal powder outside of the burner.

2. Burner according to claim 1, characterized in that some metal powder channels (23) converging slightly to the burner axis are arranged in a ring around the oxygen nozzle (30) at a small distance behind its mouth (31). 3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the metal powder channels (23) open into the bottom of an annular chamber (32) , the outer wall of which is frustoconical, the imaginary tip of the truncated cone being in front of the chamber as seen in the direction of flow of the gases and the apex angle is 10 to 201.

Documents considered: German Patent No. 921 492; Austrian Patent No. 189 023; Journal »Schweißtechnik«, published in Vienna in 1956 , p. 67.