DE1902637A1 - Sauerstoff-Strahlrohr fuer nach dem Kalo-Verfahren arbeitende Frischoefen - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERD UTERMANN 71 HEILBRONN. KAISERSTRASSE 54, POSTFACH 1145

!NEUBAU HANDELSBANK. GEGENÜBER DER HARMONIE) <& Ο71 31/Θ 28 28 · TELEGR.: PATU · KONTEN= HANDELSBANK HEILBRONN AG. 23 O8O · POSTSCHECK STUTTGART 43Ο18

Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfs-Anmeldung S 36. 32 D 1

H 6486-Cas 33 14. Januar 1969 ÜT/Pa

Anmelder: Societe Anonyme dite:

SOOIETE LOERAIEB DE
LAIuIMAG-E CONTIKU
28, rue Dumont d'Urville F 75 - PARIS (I6e) / Frankreich

Sauerstoff-Strahlrohr für nach dem Kaldo-Verfahren arbeitende Frischöfen

Die Erfindung betrifft ein Sauerstoff-Strahlrohr für nach dem Kaldo-Verfahren arbeitende Frischöfen mit einem Zentralrohr für den Hauptsauerstoffstrom und mit einem konzentrischen Rohr, welches mit der äußeren V/and des Zentralrohres eine Sekundär-Sauerstoffleitung in Ringform bildet, die in der Nähe des freien Endes des Strahlrohres in den Hauptsauerstoff strom mündet, und welches stromaufwärts von seiner IJündung schraubenförmige Kanäle aufweist, wobei diese Rohre in einem zylindrischen, doppelwandigen Mantel angeordnet sind, der mit dem konzentrischen Rohr einen Kühlkreislauf bildet.

Zum Frischen von Roheisen zu Stahl nach dem Kaldo-Verffc:hren benutzt man im allgemeinen ein einfaches zylindrisches Sauerstoff-Strahlrohr, welches auch "Lange" genannt wird. Dieses in einer bestimmten Schräglage angeordnete Strahlrohr bläst den Sauerstoff in die Schmelze. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit, die dem Sauerstoff beim Auftreffen auf die

./2

109817/0663

S 36. 32 D 1
H 6486-Cas 33
14.1.69 UT/Pa

Schmelze gegeben ist, dringt ein Teil des SäuerstoffStrahles in das in Schmelze befindliche Metall ein und dient insbesondere zur Verbrennung des Kohlenstoffes zu Kohlenmonoxyd, während ein anderer Teil des Sauerstoffstrahles in dem freien Kaum, des Ofens verbleibt und die Verbrennung der aus der Schmelze austretenden Monoxyde zu Kohlendioxyd ermöglicht. Dieser im Ofen selbst durchgeführte Verbrennungsprozeß verbessert die Wärmebilanz des Prischvorganges und gestattet das Schmelzen einer bedeutenden Schrott- ^ menge.

Da für ein Strahlrohr von gegebenem Dureiimesser der Sauerstoff durchs atz die Geschwindigkeit dieses Gases beim Auftreffen auf die Schmelze bestimmt, legt die Suche nach einem Koeffizienten der optimalen Verbrennung von Kohlenmonoxyden zu Kohlendioxyden ein Aufteilun*sverhältnis zwischen dem Teil des Sauerstoffs, der in die Schmelze eintritt, und dem Teil des Sauerstoffs, der in dem freien Haum des Ofens verbleibt, folglich einen bestimmten Wert der Auftreffgeschwindigkeit des Sauerstoff-Strahls und daher einen genau bestimmten Y/ert des Durchsatzes fest.

k Eine andere, im Rahmen des Kaido-Verfahrens benutzte Methode gestattet es, die Sauerstoffmenge zu erhöhen und den Verbrennungskoeffizienten unverändert zu lassen. Diese Methode besteht in der Verringerung des Neigungswinkels zwischen Strahlrohr und Oberfläche der Schmelze und in einer Verringerung der lindringtiefe des Strahlrohres in den Ofen derart, daß der optimale Sauerstoffdurchsatz verdreifacht werden konnte.

Diese Erhöhung des Sauerstoffdurchsatzes kann indessen nicht weiter verbessert werden, denn für eine Heigung unter 21 Grad und eine Eintauchtiefe des erwähnten Strahlrohres von 0,40 m treten SäuerstoffVerluste und ein zu schneller Ver-, schleiß der Ofenauskleidung auf.

./3 109817/0663

20.1.69 liT/'Pa

In der Tat betrug für die vorgenannten Werte der optimale üauerstoffdurchsatz 320 m /min in einem Kaldogefäß von 135 t Einheitskapazität.

Außerdem ist es bekannt, in einem LD-Tiegel zum Frischen ein Zweikreisstrahlrohr zu verwenden, welches eine zentrale Hauptleitung und eine Hilfe-Ring-Leitung umfaßt, welche in der Nähe des freien Endes des Strahlrohres in die Hauptleitung unter Zwischenschaltung eines Ringspaltes mündet, welchem schraubenförmige Kanäle vorgeordnet sind, die durch den erwähnten Spalt in die Hauptleitung münden.

Dieses bekannte Strahlrohr hat indessen den Kachteil, den hohen Temperaturen, welchen es ausgesetzt ist, nicht zu widerstehen. In der Tat ist es nicht möglich, die schraubenförmigen Kanäle der Hilfsleitung mit einem wirksamen Kühlkreislauf zu versehen, ohne daß sie - und folglich der Mantel des Strahlrohres - nicht praktikable Durchmesser erhalten.

Daraus ergibt sich, daß die Aufheizung des Endes bei einem Strahlrohr mit üblichem Durchmesser derart hoch ist, daß die vorerwähnten schraubenförmigen Kanäle sehr schnell unbrauchbar v/erden. Zum anderen führt die Erhöhung des Sauerstoffdurchsatzes, die mit dieser bekannten Lanze erzielt werden kann, zu einem Zentral-Sauerstoffstrahl, dessen Geschwindigkeit nur an seiner Peripherie durch die Hilfsstrahlen, welche aus dem Spalt austreten und nur einen Teil des Hauptstrahles tangential ablenken, verringert ist. Trotz der großen Konizität des Sauerstoffstrahles, der aus der Lanze austritt, und die unter dem Einfluß der Hilfsstrahlen erzielt werden kann, verbleibt folglich eine ziemlich kräftige Spitze, die durch einen gewissen Teil der Säuerstoffmenge

./4

109817/0683

ß 36. 32 D 1

H 6486 Cas 33 1«ϋ26'37

14.1.69 UT/Pa

gebildet ist. Anders gesagt, die Auftreffkraft des öauerstoffstrahles bleibt relativ hoch, derart, daß eine zu große Sauerstoffmenge in die Schmelze eintritt. Diese bekannte Lanze kann deshalb beim Kaldo-Verfahren nicht benutzt werden.

Die Erfindung geht von dem vorn näher umrissenen Strahlrohr aus. Sie soll die vor-erwähnten Nachteile vermeiden und hauptsächlich ein Sauerstoffstrahlrohr schaffen, welches im Kaldogefäß verwendbar ist und es gestattet, den

P Sauerstoffdurchsatz beträchtlich zu erhöhen, ohne daß eine zu große Sauerstoffmenge in die Schmelze eingeführt wird und ein frühzeitiger Verschleiß des Strahlrohrendes erfolgt. Dies läßt sich erfindungsgemäß erzielen, indem das Zentralrohr in zwei Teile unterteilt ist, deren vorderer Teil eine wenigstens das Vierfache seines Durchmessers betragende Länge hat und an seinem hinteren Ende vermittels einer zylindrischen Anschlußmuffe an dem konzentrischen Rohr befestigt ist und deren hinterer Teil an seinem vorderen, äußeren Ende die schraubenförmigen Kanäle aufweist, die sich über den ganzen Querschnitt des Hingraumes zwischen der zylindrischen Anschlußmuffe und dem zwei-

k ten Teil des Zentralrohres erstrecken und welche tangential in den vorderen Teil des Zentralrohres münden, und zwar unter Vermittlung einer Verwxrbelungskammer, deren Durchmesser glach demjenigen des konzentrischen Rohres und deren axiale Ausdehnung wenigstens gleich der radialen 'weite der erwähnten Kanäle ist.

Dank der Erfindung wird auf diese Art und Weise die gesamte Sauerstoffmenge, welche durch den hinteren Teil des Zentralrohres in die Verwirbelungkammer eintritt, durch die aus den schraubenförmigen kanälen austretenden tangentialen

./5

,1098 17/066 3

S 35. 32 D 1
H 6486 Oas 33
14.1.69 /

Strahlen in Rotation versetzt und die gesamte Sauerstoffmenge, welche die erwähnte Verwxrbelungskammer verläßt, erleidet im vorderen Teil des Zentralrohres einen ausreichenden Druckverlust, derart, daß sich der Sauerstoffstrahl an der Mündung des Strahlrohres in seiner Gesamtheit schnell in Form eines Konus ausbreitet, ohne daß eine Zentralspitze vorhanden ist.

',Vei ;ere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der folgenden, in Verbindung mit den Zeichnungen gegebenen Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Strahlrohres behandelt.

äs zeigen:

Fig. 1 den schematischen Längsschnitt durch das ganze 3 trahlr ohr und

Fig. 2 einen schematischen,, vergrößerten Längsschnitt durch den Teil des Strahlrohres mit den schraubenförmigen Kanälen, wobei diese in aufgebrochener Ansicht dargestellt sind.

Wie man in den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1, erkennt, umfaßt das Strahlrohr einen zylindrischen, doppelwandigen „antel 1, welcher einen Kühlkreislauf bildet, der bei 2 an eine nicht dargestellte Kühlmittelquelle und bei 3 an einen nicht dargestellten Rückgewinnungbehälter angeschlossen ist; ein Zentralrohr 4, welches die Hauptsauerstoffleitung bildet und an seinem hinteren Ende 5 an eine unter Druck stehende Sauerstoffquelle angeschlossen ist und welches an seinem vorderen Ende 6 ins Freie mündet; ein konzentrisches Rohr 7, welches zwischen dem Mantel 1 und dem Zentralrohr 4 angeordnet ist und zwischen seiner inneren Wand und der äußeren Wand des Zentralrohres 4 einen Zylinderringraum 8 begrenzt, der die Sekundärsaueratoff-

./6 109817/0663 Bad

S 36. 32 D 1

H 6486 Cas 33 '{90^6

20.1.69 UT/Pa

leitung bildet, die an ihrem hinteren Ende 9 an eine unter Druck stehende Sauerstoffquelle angeschlossen ist.

Wie man es genauer in Fig. 2 erkennt, ist das Zentralrohr 4 in zwei Teile 4a und 4b unterteilt, deren vorderer Teil 4a eine Länge hat, die ganz erheblich größer ist als der Durchmesser des Rohres 4 und wenigstens dem Vierfachen, vorzugsweise dem Fünf- bis Zehnfachen, seines Durchmessers gleich ist. An seinem hinteren Ende ist der vordere Teil 4a des Zentralrohres 4 an dem konzentrischen Rohr 7 unter Vermittlung eines zylindrischen Stückes oder einer Anschlußmuffe befestigt. Die Anschlußmuffe 10 hat nahe ihrem vorderen Ende eine Ringschulter 11, deren innerer Durchmesser demjenigen des Rohres 4a und deren äußerer Durchmesser demjenigen des konzentrischen Rohres 7 gleicht.

Der hintere Teil 4b des Zeritralrohres 4, welcher im Innern des konzentrischen Rohres 7 und der Anschlußmuffe 10 angeordnet ist, weist an seinem vorderen Ende schraubenförmige Kanäle 12 auf, die von den Nuten 13, einer Gewinäemuffe 14 und der inneren Wand der Anschlußmuffe 10 abgegrenzt werden. Diese schraubenförmigen Kanäle 12 erstrecken sich über etwa den ganzen Querschnitt des Ringraumes zwischen der Anschlußmuffe 10 und der inneren Wand des hinteren Teiles 4b des Zentralrohres 4. Am hinteren Ende stehen diese schraubenförmigen Kanäle 12 mit dem Ringraum, d.h. mit der Sekundärleitung 8, in Verbindung, während ihr vorderes Ende in den vorderen Teil 4a des Zentralrohres 4 unter Vermittlung einer Verwirbelungskammer 15 mündet, die durch die Schulter 11, einen zylindrischen Teil der Anschlußmuffe 10 und die Vorderwand der Gewindemuffe H abgegrenzt ist- Diese Kammer 15 steht einerseits mit dem hinteren Teil 4b des Zentralrohres 4 über die Zentralbohrung der Gewindemuffe 14,

./7

10981 7/0663

S 36. 32 D 1

H 6486 Cas 33 Ί ÜU 2Ö3 /

14.1.69 UT/pa

deren Durchmesser demjenigen des Rohres 4 gleich ist, und zum anderen mit dem vorderen Teil 4a über eine öffnung 16, die durch die Schulter 11 abgegrenzt ist, in Verbindung. Die Verwirbelun.skaramer 15 besitzt einen Durchmesser, der gleich dem inneren Durchmesser des konzentrischen Rohres 7 und der Anschlußmuffe 10 ist, und eine axiale Ausdehnung, die wenigstens gleich der radialen Weite der schraubenförmigen Kanäle 12 ist.

Mit einem erfindungsgemäßen Strahlrohr, dessen Zentralrohr4 einen Durchmesser von 162 mm aufweist und dessen Kammer 15 sich im Abstand von 1300 mm vom Ende der Lanze befindet, hat man einen Sauerstoffdurchsatz von 560 Nm /min erreichen können, was folgenden Sauerstoffauftreffströmungsgeschwindigkeiten V., für gegebene theoretische Abstände D. zwischen dem Ende des Strahlrohres und der Schmelzenoberfläche und die iieigungswinkel oC-^ zwischen dem Strahlrohr und der Horizontalen entspricht:

V. in m/sec	D. in	m	0,2	OC- in Grad
53,0	ungefähr	1,2	24
39,7		0,5	24
39,8	0,4 bis	1,4	19
31,5		19

Dank der Erfindung ist es nicht nur möglich, den Säuerst offdurchsatz beträchtlich zu erhöhen und folgtLch die Dauer des Frisehvorganges zu verkürzen, sondern gleichfalls das Verhältnis zwischen dem in die Schmelze eintretenden Sauerstoff und demjenigen, der im freien Raum des Kaldorotors verbleibt und welcher zur Verbrennung des aus der Schmelze austretenden CO dienst, derart zu verbessern,daß

•/8

10981 7/0683

S 36. 32 D 1

H 6486 Gas 33 Ί Μ Μ ν κ'-? 7

14.1.69 UT/Pa f JU./D J /

es praktisch kein GO mehr gibt, welches durch den Schornstein entweicht.

Der Säuerst off strahl, welcher aus dem Strahlrohr aus.tr itt, ist mehr oder weniger in Form eines Konus verbreitert, je nach der Größe der Sauerstoffmenge, die aus der Sekundärleitung, d.h. aus den schraubenförmigen Kanälen 12, kommt und in der Verwirbelungkammer 15 mit dem Sauerstoff des Hauptstromes 4 vermischt wird. Es ist besonders wichtig, daß die Lan e des vorderen Teiles 4a des Zentralrohres 4 wenigstens gleich dem Vierfachen des Durchmessers des erwähnten Rohres ist, weil der Sauerstoffstrom, dessen turbulente Strömung soeben in der Verwirbelungskammer 15 durch die tangentialen, aus den Kanälen 12 austretenden Strahlen merklich gestiegen ist, in diesem Teil einem beträchtlichen Druckverlust unterliegt. Trotz eines sehr hohen Sauerstoffdurchsatzes ist folglich der Druck des Strahles am Ausgang des Strahlrohres relativ niedrig.

Man hat festgestellt, daß sehr zufriedenstellende Resultate bezüglich der Haltbarkeit der Lanze und insbesondere der G-ewindemuff e 14, der Erhöhung des Sauerstoff durchsatzes, der Verwirklichung eines konischen SauerstoffStrahles, der Verringerung der Auftreffgeschwindigkeit, der wirksamen Kühlung der schraubenförmigen Kanäle usw. erzielt werden können, wenn die Länge des vorderen Teiles 4a des Zentralrohres 4 das Fünf- bis Zehnfache des Durchmessers des Zentralrohres 4 beträgt. 1.1 it einem Strahlrohr, dessen Verwirbelungskammer 15 sich in einem Abstand von der wandung des Strahlrohres befindet, der dem Achtfachen des Durchmessers des fiohres 4a gleich ist, hat man, ohne daß das Strahlrohr Verschleißspuren aufgewiesen h^.tte, mehr als 4 500 Stahlchargen verarbeiten können.

SAD ORJGiNAL

17/0* - 3

Claims (2)

Dooiete Lorraine de S 3β. 32 JD 1 Lie Continu n fl 6486 Gps 33 75 - P a r i β (i6e) J 14.1.69 Ansprüche

1. Sauerstoffatrahlrohr für nach dem Ii aid ©-Verfahren arbeitende Pri3Chöfen mit einem Zentralrohr fUr den Eauptaauerotoff3trojn und nit einexa konsentrlachen Rohr, welches iait der äußeren Wand des Zentralrofcrea eine Sekundäraauorotoffleitung in !Uniform bildet» die in der Kühe des freien lindea des Strahlrohres in den Hauptsauerstoffatrom mündet, und welches atroiaaufwärta von seiner !Zündung schraubenförmigο Kanäle aufweist, tsobei dies ο Rohre in einem sylindrischon, doppelwandigen hantel angeordnet sind, der ciit dem konzentrischen Rohr einen Kühlkreislauf bildet, dadurch gekennaeichnet, daß das 2entralrohr (4) in swei Teile, (4a,4b) unterteilt ist, deren vorderer Teil (4a) eine wenigstens daa Vierfache seinea BurchEies3era betragende Lüngo hat und an ßoinem hinteren Ende vernittelo einer aylindrischen Anschlußciuffe (10) an dem konaentriochon Hohr (7) befeatigt ist und deren hinterer Teil (4b) an aeinem vorderen» äußeren fc'nde die aehraub^nfönaißeri KanLle (12) aufweist, die eich über den ganccn Querschnitt deo hingrauseo zivischen der Aßochlußauffo (10) und dem zweiten Teil (4b) des Zentralrohrea (4) erstrecken und vielcho tangential in den vorderen Teil (4a) doo Zentralrohrea (4) inenden, und zwar unter Vermittlung einer Verwirbelungakammer (15)t deren Durcnmeaser gleich demjenigen des konzentriochen Rohres (7) und deren axialo Aurfdehnunß wenigatena gleich der radialen Weite der erwähnten Kanäle (12) iat#

2. Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die Länge dee vorderen Teilet» (Au) des Z ntralrohros (4) gleich dem Fünf- bi3 Zehnfachen des i'Urchmciisera dea Zentralrohrea (4» 4a)

10981 7/0663

Leerseite