DE1915133C - - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Lanze zum Einleiten Diese Faktoren führten aber zu Nachteilen, die die

von Gasen in geschmolzenes Material bei hohen Wirksamkeit dieses Verfahrens bei Verwendung von

Temperaturen, beispielsweise zur Verwendung im Sauerstoffgas sehr stark einschränken. So versagte

Stahlkonverter, deren Kühlung durch Zerstäuben dieses Verfahren bei der Kupferverarbeitung, bei der

einer Kühlflüssigkeit mittels des Behandlungsgases 5 das Gas unter die Oberfläche eingeführt werden muß,

innerhalb der Lanze erfolgt, mit einem die An- vollständig, wodurch die Anwendung des Gaseinblas-

schlüsse für das Behandlungsgas und die Kühlflüssig- Verfahrens in stationären öfen, die nicht mit feuer-

keit aufweisenden Kopf und einem daran angeschlos- festen Blasdüsen versehen sind, verhindert wurde,

senen Lanzenrohr. Bei der Desoxydation von Anodenkupfer versagte

Das bei der Einführung von Gasen in Bäder aus io diese Art von Landen vollständig, geschmolzenem Metall zu Zwecken der Raffination Aus der USA.-Patentschrift 3 078 084 ist eine oder Konvertierung auftretende Hauptproblem be- Lanze zur Einführung von Wasserdampf und Sauersteht darin, daß unabhängig von der Strömungs- stoff in ein Bad aus geschmolzenem Metall bekannt, geschwindigkeit des Gases durch die Lanze der bei der die getrennte Einführung von Kühlwasser v/ärmeübergang vom Metallbad zur Lanze den mög- 15 nicht erforderlich ist. Diese Lanze besteht aus einem liehen Wärmeübergang von der Lanze zu dem Gas- länglichen Körper mit einem Hauptfließdurchgang strom in ihrem Inneren weit übersteigt. Beispiels- mit einem Auslaß, einer Flüssigkeitsfließleitüng und weise kann die einer Ofenatmosphäre von 1316° C einer Gasfließleitung mit jeweils einem Flüssigkeitsausgesetzte Lanze an der exponierten Oberfläche und Gasauslaß, die mit dem Hauptfließdurchgang maximal 271 300 kcal/m² aufnehmen, während die 20 in Verbindung stehen, wobei die Flüssigkeit^- und gleiche Lanze beim Eintauchen in ein Bad aus ge- Gasauslässe so angeordnet sind, daß die Flüssigkeit schmolzenem Kupfer bei 1204° C etwa 1085 200 (Wasser) versprüht und entlang dem Hauptfließbis 2 170 400 kcal/m² absorbieren kann. Diese Durchgang gegtp. das Auslaßende durch die Gasenorme Wärmeübergangsgeschwindigkeit in dem Strömung (Sauerstoff) aus dem Gasauslaß getragen Metallbad ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß 25 wird.

die Leitfähigkeit des geschmolzenen (flüssigen) Ma- Diese Lanze besteht also im Prinzip aus einem

terials außerordentlich hoch ist, und auch darauf, daß ersten inneren Rohr, das innerhalb eines zweiten

das Bad aus dem geschmolzenen Material um min- Rohres angebracht ist, wobei entlang der Länge des

destens 55 bis 110° C über seinen Schmelzpunkt er- konzentrisch innerhalb des zweiten Rohres ange-

hitzt ist und daher eine beachtliche Wärmequelle 30 brachten ersten Rohres Löcher vorgesehen sind. "

infolge der innerhalb des Bades vorliegenden starken Diese Lanze hat jedoch den Nachteil, daß sie tech-

Konvektionsströme darstellt. nisch schwierig herstellbar ist und bei einer even-

Andererseits liegen die bisher erzielbaren maxi- tuellen Beschädigung vollständig (auch die nicht bemalen Wärmeübergangsgeschwindigkeiten für die schädigten Teile) ausgewechselt werden muß. Konvektion zwischen der Lanzenwand und dem 35 Aufgabe der Erfindung war es, eine Lanze zum durch die Lanze strömenden Gas bei Schall- oder Einblasen von Gasen in geschmolzenes Material bei sogar Überschallgeschwindigkeit des Gasstromes in hohen Temperaturen anzugeben, welche bei gleichder Größenordnung von 71 390 bis 142 780 kcal/m². bleibender Kühlwirkung einen einfacheren tech-Es ist daher außerordentlich schwierig, selbst bei der nischen Aufbau besitzt, der ein Auswechseln des größtmöglichen Strömungsgeschwindigkeit des Gases 40 Lanzenrohres ermöglicht.

durch die Lanze zu verhindern, daß die Lanzenwand E; wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe durch

die Badtemperatur erreicht wegen der Begrenzung eine Lanzenkonstruktion gelöst werden kann, bei

des Wärmeübergangskoeffizienten durch Konvektion welcher der Kopf der Lanze eine gegenüber dem

zwischen der Wand der Lanze und dem Gas. Dem- Lanzenrohr abnehmbare, eine Einheit bildende Kam-

zufolge erreicht die Lanze sehr schnell nach dem 45 mer darstellt, wobei diese Kammer gegen da?

Einführen in das Bad aus dem geschmolzenen Ma- Lanzenrohr durch eine Düsenplatte abgeschlossen

terial die Temperatur des letzteren, und wegen der ist, die mit dem die Kammer konzentrisch durch-

dabei auftretenden, durch das in das Bad eingeführte se'zenden Flüssigkeitseinleitungsrohr an dessen Ende

Gas bewirkten starken Vibration bricht die Lanze verbunden ist und mindestens einen gegen die

sehr bald ab. 50 Lanzenachse geneigten Durchgang für das Behand-

Dieses Problem schien zunächst unlösbar zu sein, lungsgas aufweist.

da bei Verwendung einer Lanze mit nur einem durch- Trotz der Tatsache, daß die erfindungsgemäße

strömenden Gas selbst die besten zur Verfügung Lanze AuslaßöfTnungen für die Kühlflüssigkeit nur

stehenden Qualitäten an rostfreien Stählen und in dem Kopf der Lanze aufweist, besitzt sie keine

Lanzenlegierungen bei der Temperatur der Bäder 55 geringere Kühlwirkung als die aus der USA.-Patent-

der geschmolzenen Materialien (z. B. geschmolzener schrift 3 269 829 bekannte Lanze. Der Vorteil einer

Stahl oder geschmolzenes Kupfer) nur eine sehr ge- solchen Lanze besteht darin, daß sie technisch ein-

ringe bzw. überhaupt keine Festigkeit aufwiesen, fach herstellbar ist, daß das Lanzenrohr abnehmbar

Man ging daraufhin dazu über, bei der Stahl- an dem Lanzenkopf befestigt ist und daß darüber

raffination nach dem Sauerstofflanzenverfahren für 60 hinaus das zum Kühlen verwendete Wasser an einer

die Stahlraffinierung das Eintauchen der Lanze in Stelle außerhalb des Bades des geschmolzenen Ma-

das flüssige Stahlbad zu vermeiden und die Lanze terials versprüht bzw. atomisiert wird, so daß even-

außerdem mit einem wassergekühlten Mantel zu ver- tuelle Mängel in dem Aufbau der Lanze nicht gleich

sehen. Um die Wirksamkeit dieser Methode sicher- zu einer Explosion durch Austreten von unzefstäub-

zustullen, war es jedoch erforderlich, den Sauerstoff 65 tem Wasser in das flüssige Schmelzbad führen. Bin

mit einer sehr hohen Geschwindigkeit aus der Lanze weiterer Vorteil besteht darin, daß diese Lanze in

nustrelcn zu lassen und die Lanze in einem Sicher- das flüssige Bad eingetaucht werden kann, ahne dabei

Iwilsabstand über dem geschmolzenen Bad zu halten. zerstört zu werden.

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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die durch ein« seitliche öffnung desselben in das Bad

Lanze der Erfindung so ausgebildet, daß das Kühl- des geschmolzenen Materials hinein erstreckt,

flüssigkeitseinleitungsrohr und die Düsenplatte der während

Kammer eine Einheit bilden. Fig, 2 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Lanze 5 Lanze darstellt und die Strömungsrichtung des Kühl-

der Erfindung T-förmig ausgebildet. flüssigkeits-Behandlungsgas-Gemisches innerhalb des

Das von der Düsenplatte entfernte Ende des Ein- Lanzenrohres erläutert.

leitungsrohres ist also so ausgebildet, daß es mit einer Die F i g. 1 zeigt eine einzige erfindungsgemäße Zufuhrquelle für die Kühlflüssigkeit in Verbindung Lanze, die in die Seitenöffnung 18 eines Ofens eingebracht werden kann und das andere Ende des Ein- io gesetzt ist. Durch das Einleitungsrohr 4 wird als leitungsrohres in der Düsenplatte endet und der Kühlflüssigkeit Wasser bei konstantem Druck einDurchgang für das Behandlungsgas, der mit einer geführt, wobei die Wasserzufuhr durch ein Einzel-Zufuhrquelle für das Behandlungsgas in Verbindung ventil 3 gesteuert wird, das mit der Lanze 6, 13, 14 gebracht werden kann, in der Düsenplatte der T-för- durch einen biegsamen Schlauch 5 verbunden ist. migen Kammer angeordnet ist, wobei das den hon- »5 Die Zufuhr des Behandlungsgases erfolgt durch das zontalen Abschnitt der T-förmigen Kammer durch- Einle^:tungsrohr 10, wobei der Gasstrom durch das querende Flüssigkeitseinleitungsrohr mit der Düsen- Einzelventil 9 steuerbar ist, 'as mit dem Kopf 6 der platte zu einer Einheit zusammengefaßt ist. Lanze durch einen flexiblen Schlauch 11 verbunden

Als Behandlungsgas kann ein reformierbarer ist. Die Lanze selbst besteht aus dem T-förmigen Kohlenwasserstoff, z. B. Methan, Äthan, Propan und ao Lanzenkopf 6, durch den das Behandlungsgas und Rutan verwendet werden. Vorzugsweise wird Propan die Kühlflüssigkeit geführt werden, dem Lanzenverwendet, ai^chlußring 13 und dem Lanzenrohr 14. Die

Als Kühlflüssigkeit kann Wasser oder ein flüssiger Lanzengleitrmiffe 12 der Lanzenaufhängung 15 geKohlenwasserstoff verwendet werden, vorzugsweise stattet es, die Lanze manuell oder mechanisch periwird Wasser verwendet. Die während des Betriebs as odisch um 180° um die Lanzenachse zu drehen. Die der Lanze entstehenden Flüssigkeitströpfchen weisen Lanzenaufhängung 15 ist so ausgelegt, daß die Lanze eine Größe von weniger als 100 Mikron auf. im richtigen Winkel für die maximale Eintauchtiefe

Die Lanze der Erfindung ist zur Verwendung bei der Spitze 17 des Lanzenrohres 14 unter der Ober-

der Raffination von Stahl und Kupfer geeignet, so- fläche 19 der Schmelze 20 aufgehängt ist. Die ganze

wohl zu Oxydations- als auch zu Reduktionszwecken 3" Anordnung ist an einer geeigneten Stütze mit einem

und bei allen sonstigen Verfahren, bei denen ein Gas Haken 16 und einem Kabel oder Seil 24 aufgehängt,

in ein Bad aus einem geschmolzenen Material, z.B. Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt einen Abschnitt

Metall, Stein (z. B. Kupferstein) oder Schlacke ein- der Lanze der Erfindung, die in die Metallschmelze

geblasen werden soll. 20 eintaucht, wobei Einzelheiten des oberen Endes

Die Kühlwirkung wird bei der Lanze der Erfin- 35 der in F i g. 1 dargestellten Lanze, jedoch ohne zu-

dung dadurch erzielt, daß ein sehr feiner Spriihnebel sätzlichen Lanzenanschlußring 13 (s. Fig. 1), an-

von Wasser oder einer anderen geeigneten Kühl- gegeben sind. Wasser als Kühlflüssigkeit oder

flüssigkeit in den Strom des Behaiidlungsgases an Naphtha wird durch eine an den (nicht dargestellten)

der Düsenplatte, die außerhalb des Ofens sitzt, ein- Schlauch angeschlossene Einlaßltitung 34 und ein

geführt wird. Dabei wird eine solche Düsenanord- 4° Endpaßslück 35 zu einem zentral angeordneten Aus-

nung verwendet, daß ein verhältnismäßig geringer laß einer Düsenplatte 36, die ein Stück mit der Lei-

Flüssigkeitsstrom (z.B. etwa 115 bis 135 1/Stci.) in tung 34 bildet, geführt. Das in das geschmolzene Bad

dem Strom des Behandlungsgases in Form sehr feiner einzuführende Behandlungsgas wird durch eine an

Tröpfchen verteilt wird, die beim Zusammentreffen den (nicht dargestellten) Schlauch angeschlossene

mit der Wand des Lanzenrohres eine große Wärme- 45 öffnung 33 in die Kammer 6 eingeführt und gelangt

menge durch Verdampfen absorbieren und dann in durch Durchgänge 38 in der Düsenplatte 36 in das

den Strom des Behandlungsgases auf die gleiche Art L anzenrohr 14. Die Durchgänge 38 sind urf den zen-

und Weise reflektiert werden wie ein auf eine heiße tralen Flüssigkeitsauslaß 37 der Düsenplatte 36 so

Platte fallender Wassertropfen, der darauf hüpft, bis angeordnet, daß das daraus ausströmende Gas gegen

er vollständig verdampft ist. Die erforderliche Strö- 5» den aus dem Auslaß 37 austretenden Flüssigkeits-

mungsgcschwindigkeit der· Kühlflüssigkeit hängt von strom gerichtet ist, wodurch das Wasser durch den

den Wärmeübergangscigenschaften vom flüssigen Gasstrom zerstäubt wird und in das Lanzenrohr in

Bad zum Lanzenrohr ab, z. B. von der Badtcmpc- Form eines feinen Sprühncbels eintritt. Die Ausrich-

ratur, dem Durchmesser des Lanzcnrohrcs, der tung der Durchgänge 38 bewirkt auch, daß der

Wärmeleitfähigkeit, der Viskosität, der spezifischen 55 Sprühnebel gegen die Innenfläche des Lanzenrohres

Wärme und der Dichte des Bades aus dem geschmol- 14 gerichtet ist. Die Kammer 6 ist von dem Lanzen-

zenen Material. Auf diese Weise ist es möglich, den rohr 14 abnehmbar, so daß das Lanzenrohr 14 ersetzt

Wärmeübergang zwischen dem Strom des Behänd- werden kann.

lungsgases und dem Lanzenrohr stark zu erhöhen, Bei der K.upferdesoxydation strömt das Gemisch da nun nicht mehr der Wärmeübergangskoeffizient 6o aus Wassertröpfchen und Kohlenwasserstoffgasen zwischen Behand'<ungsgas und Rohrwand, sondern durch das Lanzenrohr 14. Dabei wird das Wasser der zwischen Kühlflüssigkeitströpfchen und Rohr- verdampft und reagiert mit den Kohlenwasserstoffwand eine Rolle spielt, gasen im unteren heißen Abschnitt des Lanzenrohres.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug- Das Behandlungsgas und ,das Gas-Wasserdampf-

nahme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnung näher 6s Gemisch treten durch das untere Ende 17 des

erläutert, Lanzenrohres 14 in das geschmolzene Metall ein, und

Fi g. 1 stellt einen Schnitt durch einen Frischofen sie steigen durch die Schmelze 20 zur Oberfläche 19

mit einer erfindungsgemäßen Lanze dar, die sich das flüssigen Metalls in Form von Blasen empor. Die

Behandlung der Schmelze 20 kann entweder in einer Umsetzung zwischen einem Gas, einigen Gasen oder allen Gasen, die in die Schmelze eintreten, und einigen Verunreinigungen des Metalls selbst bestehen (z. B. bei der Entfernung von Sauerstoff aus geschmolzenem Kupfer), oder die eingeführten Gase können nur zur Entfernung anderer gelöster Gase in der Schmelze dienen (z. B. bei üblichen Entgasungsprozessen).

Die erfindungsgemäße Lanze wurde in der Gasatmosphäre eines Anodenofens bei einer Temperatur von etwa 1260° C getestet, wobei sich eine Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit (Wasser) von 20 1/Std. als ausreichend erwies, um die Lanze unterhalb 982° C an der Spitze des Lanzenrohres is zu halten. Bei Propan betrug die entsprechende Gasströmungsgeschwindigkeit 0,85 Nm'/Min. Die erfindungsgemäße Lanze wurde auch unter extremen Bedingungen getestet, wie sie vorherrschen, wenn die Lanze bis auf eine Tiefe von etwa 1,2 m in ein Bad ao aus geschmolzenem Kupfer eingetaucht wird, wobei die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit des Wassers etwa 80 1/Std. bei einer Propangasgeschwindigkeit von 0,85 Nm^s/Min. betrug.

Es sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Lanze in ihrer Wirkung sehr vielseitig ist, da es durch Einführung von mehr oder weniger fein versprühter Flüssigkeit möglich ist, die Temperatur an der Lanzenspitze je nach Wunsch zu erhöhen oder zu verringern. Dadurch ist es möglich, das Material des Lanzenrohres auf einer verhältnismäßig niedrigen und sicheren Temperatur zu halten, so daß keine teuren und extrem temperaturfesten rostfreien Stähle für die Herstellung des Lanzenrohres verwendet werden müssen. Es ist möglich, das Lanzenrohr aus einem Weichstahl oder aus einem Flußstahl herzustellen, das bis zu einer Tiefe von 60 cm eingetaucht und durch Einleiten von 3,4 NmVMin. Gas einer intensiven Vibration unterworfen werden kann. Dabei bleibt das Lanzenrohr auch nach 2stündigem Betrieb unverändert.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lanze zum Einleiten von Gasen in geschmolzenes Material bei hohen Temperaturen, beispielsweise zur Verwendung im Stahlkonverter, deren Kühlung durch Zerstäuben einer Kühlflüssigkeit mittels des Behandlungsgases innerhalb der Lanze erfolgt, mit einem die Anschlüsse für das Behandlungsgas und die Kühlflüssigkeit aufweisenden Kopf und einem daran angeschlossenen Lanzenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf der Lanze eine gegenüber dem Lanzenrohr (14) abnehmbare, eine Einheit bildende Kammer (6) darstellt, wobei diese Kammer (6) gegen das Lanzenronr (14) durch eine Düsenplatte (36) abgeschlossen ist, die mit dem die Kammer (6) konzentrisch durchsetzenden Flüssigkeitseinleitungsrohr (34) an dessen Ende verbunden ist und mindestens einen gegen die Lanzenachse geneigten Durchgang (38) für das Behandlungsgas aufweist.

2. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlflüssigkeitseinleitungsrohr (34) und die Düsenplatte (36) der Kammer (6) eine Einheit bilden.

3. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (6) T-förmig ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen