DE1924812C3 - Brennerlanze für einen metallurgischen Ofen und Verfahren zum Betreiben eines solchen Ofens mit dieser Brennerlanze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennerlanze für einen metallurgischen Ofen mit einem langgestreckten Außenmantel, der sich über den größeren Teil der axialen Länge der Brennerlanze erstreckt und an dessen Vorderende ein ringförmige/ Mantelring befestigt ist, wobei konzentrisch in diesem mittels eines axial verlaufenden Rohrs ein a:n unteren Ende geschlossener hohler Ablenkkörper gehalten wird, der mit einer zum Mantelring hin divergierenden ringförmigen Wandung versehen ist, die einen Wandteil liner entsprechend divergierenden ringförmigen, unten geöffneten Verlängerung eines ersten axialen Speisekanals für Sauerstoff oder Brennstoff bildet, die in einen Strom des anderen Mediums - Brennstoff bzw. Sauerstoff-einmündet, der aus einem ringförmigen Düsenkanal austritt, der die Verlängerung eines radial außerhalb des genannten ersten axialen Speisekanals verlaufenden axialen zweiten Speisekanals bildet, und wobei Mittel zum Verändern der axialen Einstellung des Mantelrings relativ zum Ablenkkörper vorgesehen sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Ofens mit dieser Brennerlanze.

Eine Brennerlanze der vorgenannten Art soll insbesondere bei Sauerstoffaufblaskonvertern, Siemens-Martin-Öfen und Flammschmelzöfen zum Schmelzen von eisenhaltigen Metallen, wie Stahl und Stahllegierungen, und Nichteisenmetallen, wie Kupfer, verwendet werden, vor allem zum Einblasen von reinem Sauerstoff nebst Brennstoff oder zum Einblasen von Sauerstoff allein. Es handelt sich bei diesen metallurgischen Verfahren z. B. um diejenigen, bei denen Sauerstoff-Brennsioff-Brenner zur Herstellung von Stahl oder Nichteisenmetallen in verschiedenen Öfen verwendet werden und die in der US-Patentschrift RE 26364 beschrieben sind.

Bei der Anwendung der Brennerlanze an oder in einem metallurgischen Ofen wäre es in den meisten Fällen erwünscht, die Gestalt der Brennerflamme zu verändern, z. B. zuerst, während des Schmelzverfahrens, eine breite ringförmige Brennerflamme verhältnismäßig geringer Höhe anzuwenden und dann eine schmalere hohe Flamme anzuwenden, die die Schlakkenschicht durchdringt. Die bekannten Brennerlanzen erlauben nicht eine in diesem Sinne genügend große Veränderung der Flammengestalt während des Betriebs des Ofens vorzunehmen. Dies gilt auch für die Brennerlanze nach der US-Patentschrift 3 224 679, bei der ein kegelförmiger Brennerkopf den ihm axial zuströmenden Brennstoff durch einen umlaufenden Schlitz in einen divergierenden ringförmigen Kanal austreten läßt, dem axial der Verbrennungssauerstoff zugeführt wird. Über die Austrittsebene des Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches steht axial ein wassergekühlter zylindrischer Mantel in radialem Abstand von der Mündung des divergierenden Kanals um ein erhebliches Stück vor, das eine becherförmige Kammer zur Führung der Flammen bildet. Um die Flammenform zu verändern, ist die Länge des über die Austrittsebene des Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches hinausstehenden zylindrischen Wandungsteils unterschiedlich einstellbar. Jedoch ist die maximale Breite der Flamme durch das sie umgehende becherartige Bauteil stark begrenzt. Sie kann nicht die Größe erreichen, wie sie für metallurgische Schmelzvorgänge, z. B. bei einem Siemens-Martin-Ofen, erwünscht ist.

Ein weiterer Mangel der Regelung der Flammengestalt nach der US-Patenschrift 3 224 679 besteht darin, daß sie die Anwendung einer Dichtung für Überdruck und Unterdruck, vorzugsweise am vorderen Ende des Brenners, erforderlich macht, um zu verhindern, daß das Sauerstoff- 3rennstoff-Gemisch nach hinten in das rückwärtige Ende des Brenners gelangt und dort möglicherweise explodiert. Es ist sehr schwierig, eine solche Dichtung wirksam anzubringen und dennoch eine gegenseitige Verschiebung zwi-

i" sehen dem eigentlichen Brenner und dem vor ihn vorstehenden becherartigen Bauteil zu gestatten. Unter den oxidierenden Bedingungen und bei der äußerst hohen Temperatur, denen das vordere Ende des Brenners in einem Ofen ausgesetzt ist, ist es praktisch

i"> unmöglich, den vorn angeordneten Dichtungen eine auch nur einigermaßen ausreichende Lebensdauer zu geben.

Um die vorgenannten Mangel zu vermeiden, geht die Erfindung von einer Brennerlanze der eingangs

-<> genannten Art aus, die in der in der Britischen Patentschrift 1003514 beschriebenen bekannten Brennerlanze verkörpert ist. Bei dieser Brennerlanze wird der von unten geschlossene und mit einer ringförmigen divergierenden Wandung versehene Ablenkkörper

.'"· von einem doppelwandigen Rohr für die Zufuhr und Abfuhr von Kühlwasser in einem divergierenden unteren Mantelring des Außenmantels getragen, der über die Bodenwandung des Ablenkkörpers vorsteht. Parallel zu der divergierenden Wandung verlaufen

in rohrförmige Bohrungen für den Austritt von Brennstoff, die mit dem Ablenkörperund mit einem axialen, zu dem Außenmantel konzentrischen Rohr verbunden sind, durch das der Brennstoff den Austrittsrohren zugeführt wird. Zwischen dieser Brennstoffzulei-

)"> tung und dem Außenmantel befindet sich ein Ringraum, durch den der Verbrennungssauerstoff in einen Ringraum geführt wird, der zwischen den divergierenden Brennstoff-Austrittsrohren und der divergierenden Innenwandung des Mantelrings gebildet

-hi wird, so daß sich an diesem entlang Brennstoff und Sauerstoff mischen und die Flamme mit einer kleinen radial nach außen gerichteten Komponente aus dem Brenner austritt.

Um das Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff auf

•r> vollständige Verbrennung einstellen zu können, ist vorgesehen, die axiale Einstellung des Außenmantels in axialer Richtung so gegenüber dem Ablenkkürper und den Brennstoffaustrittsrohren zu verändern, daß der ringförmige Durchtrittskanal für den Sauerstoff

■,ο zwischen diesen Rohren und der divergierenden Innenwand des Außenmantels enger oder weiter wird. Zu diesem Zweck ist die Innenwand des Außenmantels mit der Wand einer Kammer verbunden, durch die hindurch der Sauerstoff dem Ringrmm zwischen

v> dem Brennstoffzuflußrohr und der Innenwandung des Außenmantels zugeführt wird und die entlang diesem Zuflußrohr axial mittels einer von Hand oder anderweitig betätigbaren Verstellspindel axial gegenüber einem mit dem Brennstoffzufiußrohr fest verbunde-

bo nen Teil verstellbar ist. Die hierdurch bedingte Einstellung des Verhältnisses von Sauerstoff und Brennstoff wird vor oder bei Betriebsbeginn vorgenommen und kann und soll während der Durchführung des Betriebs, z. B. der Vorgänge an einem Siemens-Martin-

tn Ofen, nicht geändert werden. Es ist daher hei der Britischen Patenschrift 1003514 nicht vorgesehen und nicht möglich, die sich zugleich mit der Einstellung des Verhältnisses von Sauerstoff zu Brennstoff erge-

bende Gestalt der Brennerflainme. nämlich einer ziemlich breiten Flamme, zu ändern, etwa in eine höhere und schmale Flamme, wie sie z. B. nach dem Schmelzen des Einsatzes bei einem Siemens-Martin-Ofen benötigt wird.

Demgegenüber bezweckt die Erfindung, eine Br^nnerlaüze der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Ausrichtung und Form der Brennerflamme iideh Breite und Höhe auch während des Betriebs stark veränderbar ist, insbesondere sowohl eine sehr breite Flamme geringer Höhe als auch eine schmale Flamme großer Höhe erzeugt werden kann. Dabei soll auch die Anbringung von Dichtungen am Brennerkopf erübrigt werden.

Gemäß der Erfindung wird die vorstehende Erfindungsaufgabe bei einer Brennerlanze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die der ringförmigen Wandung des Ablenkkörpers benachbarte Verlängerung des ersten axialen Speisekanals ein vom Ablenkkörper gesondert und gegen das untere Ende des Mantelrings zurückgesetzt angebrachter Trennring ist, der mit der Wandung des Ablenkkörpers einen ersten ringförmigen Düsenkanal und mit der Innenwand des Mantelrings den obengenannten bzw. einen zweiten Düsenkanal bildet, und daß der Trennring und der Ablenkkörper gemeinsam relativ zum Mantelring axial so einstellbar sind, daß die Ausrichtung und Form der Flamme nach Breite und Höhe stark verändert wird.

Der erfindungsgemäße Brenner mit veränderlicher Flamme kann über längere Zeiträume hin arbeiten, ohne daß die Gefahr entsteht, daß Brennstoff und/ oder Sauerstoff in das hintere Ende des Brenners eindringen.

Es ist nach der Belgischen Patentschrift 669 282 bekannt, den Schmelzvorgang für festen metallischen Einsatz in einem z. B. mit Sauerstoff geblasenen Konverter in zwei Stufen mit unterschiedlicher Flammenform eines Brenners zu bewirken, der selbst keine Mittel zur Veränderung der Flammenform aufweist. In der ersten Stufe hat der Brennerkopf nur geringen Abstand von der Oberfläche des Einsatzes und wird dieser mit einer fast die ganze Breite des Konverters einnehmenden Flamme bis zur Weißglut erhitzt. In der zweiten Stufe ist die Höhe des Einsatzes so verringert, daß sich eine lange und schmale Brennerflamme ausbildet und den Schmelzvorgang bewirkt. Der Brennerkopf enthält keinen Ablenkkörper und keinen Trennring zwischen dem mittleren Bereich und dem Außenmantel, und die axiale Lage des letzteren relativ zu dem Mittelteil des Brenners kann nicht unterschiedlich eingestellt werden. Daher gibt der Brenner nicht die Möglichkeit - z. B. für die Schmelzphase in einem Siemens-Martin-Ofen — die Brennerflamme entsprechend der Größe eines solchen Herdes sehr breit und kurz einzustellen und sie für das Raffinieren in der zweiten Phase schmal und lang einzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Innern des hohlen Ablenkkörpers in Abstand von seiner Innenseite ein Prallkörper an dem Vorderende einer langgestreckten Leitung befestigt, die sich in an sich bekannter Weise bis zur Hinterseite des Brenners erstreckt und dem Ablenkkörper den Prallkörper umströmendes Kühlmitte' zuführt; ferner ist in an sich bekannter Weise eine weitere Leitung, die sich von dem Ablenkkörper zur Hinterseite der Brennerlanze erstreckt, zur Abfuhr des Kühlmittels aus dem Ablenkkörper an der Hinterseite der Brenneitanze vorgesehen.

Um die Flammenform günstig gestalten und ein stellen zu können, weist der Mantelring einen axialer Oberflächenteil, der die eine Seile des zweiten Düsen kanals bildet, ferner einen radial nach außen gebogc nen Oberflächenteil und einen divergenten Oberflä clienieil :iui, wobei die Winkel der divergenten Obei'flächcnteile und deren Abstand so gewählt sind daß das brennbare Gemisch an der Oberfläche de Mantelrings entlangströmt und aus der Brennerlanze in Un wesentlichen radialer Richtung austritt.

Wie eingangs ausgeführt, erstreckt sich die Erfin dung auch auf Verfahren zum Betreiben metallurgi scher öten verschiedener Bauart durch Anwendung einer erfindungsgemaßen Brennerlaiue, beispiels weise bei einem Siemens-Martin-Ofen, insbesondere für ein Verfahren nach den Patentansprüchen 5 bi *). Der Vorteil der Anwendung der erfindungsgemä Ben Brennerlanzc liegt darin, daß die Ausrichtung und Form der Flamme nach Breite und Höhe - auch wäh rend des Betriebs - stark so verändert werden kann, wie es für die Phasen oder Stufen des metallurgischen Verfahrens erwünscht ist. Zum Beispiel kann bei ei nem Siemens-Martin-Ofen für die Schmelzphase eine breite und kurze Flamme und für die folgende Raffi nierungsphase eine schmale und lange Flamme einge stellt werden.

Ein in dieser Weise mit einer Brennerlanze nach der Erfindung arbeitendes Verfahren zum Betreiber eines metallurgischen Ofens ist vorzugsweise durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

- Beschicken des Ofens mit mindestens zum Teil festem Einsatz.

- Anordnung eines Sauerssoff-Brennstoff-Bren ners mit veränderlicher Flamme senkrecht zurr Einsatz,

- Einstellen einer breiten, ringförmigen Brenner flamme,

- Handhabung des Brenners in der Weise, daß e einen großen, kreisförmigen Bereich des Einsat zes direkt erhitzt, und

- Aufrechterhalten der ringförmigen Flamme ir Berührung mit dem Einsatz unter Schmelzen de Einsatzes, bis sich ein Schmelzbad aus dem ge schmolzenen Metall mit einer Deckschicht au Schlacke gebildet hat, worauf der Brenner se eingestellt wird, daß er eine schmalere Flamme mit größerer axialer Geschwindigkeit als die breite Flamme erzeugt, wobei die schmalere Flamme leicht die Schlackenschicht durchdring' und mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt, so daß sie durch Verändern des Verhält nisses von Sauerstoff zu Brennstoff im Brenne chemische Veränderungen in dem geschmolze nen Metall herbeizuführen erlaubt.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand de: Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeig

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung des gesamter Brenners mit veränderlicher Flamme, der in einer be stimmten Form eines metallurgischen Ofens verwendet wird,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil des vorderen Endes des Brenners zur Darstellung einer bevorzugten Art und Weise der Ausbildung der Einzel heiten, und

Fig. 3 A, 3B und 3C vereinfachte schematische Darstellungen der Anordnungen der Hauptbestandteile des Brenners und der dadurch entstehenden dre

möglichen verschiedenen Klammenffnüch

Fig. 1 zeigt den gesamten Drenner mit einem unteren Abschnitt 10 mit großem Duiolimesscr, einem oberen Abschnitt 12 mit kleinerem Durchmesser, der so ausgebildet ist, daß er durch geeignete Betätigungs- "> einrichtungen, ζ. B. pneumatische oder hydraulische Zylinder 14, teleskopartig in den größeren Abschnitt hinein- und aus ihm herausbewcgt werden kann. Eine einfache Stopfbüchsenpackung 15 mit einem Anschlagring 16 ist am äußersten hinteren Ende des i" Brenners zwischen den teleskopisch zusammenschiebbaren Teilen 10 und 12 vorgesehen. Ein Ket tenhebezeug 17 ist dazu vorgesehen, den gesamten Brenner gegenüber einem zugeordneten Ofen zu heben und zu senken; als Beispiel ist ein Konverter 18 ι > gezeigt. An Stelle der Zylinder und/oder des Kelteiihebezeugs können natürlich auch viele andere mechanische Heb- und Senkeinrichtungen verwendet werden.

Der Bauteil 10 mit großem Durchmesser (Fig. 2) -'o besteht aus einem äußeren wassergekühlten Mantel, der als Ganzes mit 20 bezeichnet ist. Der Mantel 20 besteht im einzelnen aus zwei langgestreckten konzentrischen im Abstand voneinander angeordneten Hülsen 21, 22, zwischen denen eine dritte, ein Prall- 2Ί oder Leitorgan 24 bildende Hülse vorgesehen ist. Am vorderen oder unteren Ende des Brenners, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein ringförmiger hohler Mantelring 26 an den Enden der Hülsen 21, 22 angebracht, der einen Endabschluß für den Mantel bildet.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird dem Mantel 20 über ein Einlaßrohr 28 Kühlwasser derart zugeführt, daß es zwischen dur inneren Hülse 21 und dem Leitorgan 24 direkt nach unten fließt. Dann strömt es unter dem Ende des Leitorgans in den hohlen Mantelring 26 und r. zwischen der äußeren Hülse 11 und dem Leitorgan 24 nach oben, von wo aus es durch ein Auslaßrohr 30 austritt. Bei Versuchen am Ofen hat es sich gezeigt, daß diese Art der Kühlung eine überlegene Kühlwirkung auf die äußere Hülse 22 und den Mantelring 26 ausübt, die den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß der Mantelring 26 eine ganz besondere Gestalt hat, die für das Arbeitendes Brenners von ausschlaggebender 4> Bedeutung ist. Die radiale Innenfläche des Ringes weist nämlich eine axiale Oberfläche 31, eine leicht gekrümmte Oberfläche 32, eine gradlinige, geneigte Oberfläche 34 und eine zweite leicht gekrümmte, in einer scharfen Ecke 38 endende Oberfläche 36 auf. >n Diese Gestalt bewirkt den bekannten sogenannten Coanda-Effekt, der wesentlich zu der hervorragenden Arbeit des Brenners beiträgt, wie nachstehend noch im einzelnen dargelegt wird.

Bei der Betrachtung von Fig. 1 und 2 läßt sich er- ^i kennen, daß der Bauteil 12 mit kleinerem Durchmesser von einer langgestreckten Hülse 40 gebildet wird, die innerhalb der Mantelhülse 21 im Abstand von dieser konzentrisch zu ihr angeordnet ist, wobei die Stopfbüchsenpackung 15 zwischen den Hülsen 40 und bo 21 als Dichtung gegen strömungsfähige Medien dient. Ein Ring 42 ist am Ende der Hülse 40 befestigt, und zwei Wasserkühlrohre 44, 46 sind so angeschlossen, daß sie diesem Ring Kühlwasser zuleiten und es von ihm wegleiten. Die oberen Enden dieser Rohre sind « in Fig. 1 gezeigt, in der ersichtlich ist, daß das Wasser das eine Rohr hinab, durch den Innenraum des Rings 42 und aufwärts durch das andere Rohr strömt, aus dem es wieder abgegeben wird. Wie vorstehend dargelegt, wird der Ring 42 aus Gründen, die aus dem nachstehenden deutlich werden, einfach Trennring genannt. Die Gestalt des Trennrings 42 ist ebenfalls wichtig für das ordnungsgemäße Arbeiten des Brenners; in diesem Zusammenhang läßt sich erkennen, daß der Ring eine äußere axiale Oberfläche 50, eine scharf abgerundete Ecke 52, eine flache geneigt ansteigende Oberfläche 54 und eine innere axiale Oberfläche 56 aufweist.

Im mittleren Bereich der Fig. 2 isl ein langgestrecktes Rohr 58 gezeigt, an dessen unterem Ende ein hohler Ablenkkörper 60 vorgesehen ist, der im großen und ganzen die Gestalt eines Türknopfes hat, rl. h er weist eine axiale Oberfläche 62, eine flache divergierende Oberfläche 64, einen abgerundeten Bund 66 und eine flache Stirnfläche 68 auf. Es hat sich gezeigt, daß tier Divergenzwinkel « zwischen 90° und 150°, vorzugsweise bei etwa 120° liegen sollte. Ein zweites Rohr 70 ist innerhalb des Rohrs 58 angeordnet, und ein kreisförmiger Prallkörper 72 ist am Ende des Rohres 70 in dem hohlen Innenraum des Ablenkkörpers 60 angeordnet. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, wird dem inneren Rohr 70 Kühlwasser zugeführt, das durch dieses Rohr nach unten, dann um den Prallkörper 72 herum und zwischen den Rohren 70 und 58 nach oben fließt, von wo aus es abgegeben wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß jeder der drei Hauptbauteile innen durch Wasser gekühlt wird, und daß diese Bauteile gemeinsam einen ringförmigen Gasdurchlaß zwischen sich bilden. Genauer gesagt, bilden die Hülsen 21 und 40 einen ringförmigen Durchlaß 48, durch den Brennstoff, z. B. Erdgas, zum vorderen Ende des Brenners geleitet wird, welches am hinteren Ende des Brenners durch das Brennstoffeinlaßrohr 74 zugeführt wird. Somit strömt das Brennstoffgas abwärts durch den ringförmigen Durchlaß 48 und dann durch den zwischen den ringförmigen Oberflächen 31 und 50 gebildeten düsenartigen Durchlaß 76 nach unten. Auf die gleiche Weise ist zwischen der Hülse 40 und dem Rohr 58 ein zweiter ringförmiger Gasdurchlaß 49 ausgebildet. Dieser Durchlaß dient dazu, Sauerstoff aus einem Einlaßrohr 78 nach unten zum vorderen Ende des Brenners zu leiten, an dem es durch einen von den Oberflächen 54 und 64 gebildeten ringförmigen düsenartigen Durchlaß 80 hindurchtritt. Dadurch werden Brennstoffgas und Sauerstoff in dem mit 82 bezeichneten ringförmigen Bereich gemischt, den sie als ringförmiger Flammenstrahl verlassen.

Aus der vorstehenden baulichen Beschreibung geht hervor, daß das durch die ringförmige Düse 76 strömende Brennstoffgas abgelenkt und mit durch die ringförmige Düse 80 strömendem Sauerstoff von größerer Geschwindigkeit gemischt wird, so daß sich in dem mit 82 bezeichneten Bereich der ringförmigen Öffnung ein brennbares Gemisch befindet. Es ist natürlich einleuchtend, daß die tatsächliche Lage der Flammenfront beträchtlichen Veränderungen ausgesetzt ist, und z. B. von der Geschwindigkeit des Sauerstoffs und des Brennstoffs, der Art des Brennstoffs und den im Ofen herrschenden Druckverhältnissen abhängt. Daher ist zu ersehen, daß, wenn auch der Ringraum 82 Flammenöffnung genannt wird, die tatsächliche Flammenfront zwischen einer Stelle im Bereich des von der Mantelringfläche 32 und dem Bund 66 des Ablenkkörpers 60 gebildeten Halses und einer

Stelle jenseits der vorderen Kiintc 38 hegen kann, je nach den vorstehend genannten Bet;iebsbedingungen. Diese Veränderung der tatsächlichen Lage der Flammenlront beeinflußt jedoch in keiner Weise die Möglichkeit, die Flammenlonnen 10 zu gestalten, wie es nachstehend an Hand der Fig. 3 A, 3 B und 3C beschrieben wird.

In Fig. 3Λ ist der Ablenkkörper 60 in seiner vorderen Stellung in bezug auf die Lage des Mantelrings 26 gezeigt. Auch ist, wie vorstehend besehrieben, der Trennring 42 mit dem Bauteil L2 von kleinem Durchmesser verbunden und bewegt sich mit ihm zusammen. Somit ist ersichtlich, daß die Oberfläche 54 des Trennrings direkt mit der Oberfläche 34 des Mantelrings 26 fluchtet. Das heißt, diese beiden flachen Oberflächen Hegen an einer gemeinsamen Geraden an. Bei dieser Stellung wird die Flamme mit einer vorherrschend radialen Komponente aus der Öffnung 82 ausgeblasen. Infolgedessen strömt die Flamme im wesentlichen rein radial aus und bildet eine sehr weite ringförmige Flamme, die in ihrer Form der eines Schirms sehr ähnelt. Dabei spielt die Form des Mantelrings 26 eine sehr wichtige Rolle, da die Grenzschicht des ausströmenden Mediums sehr dazu neigt, sich an die leicht gekrümmte Oberfläche des Rings 26 anzulegen und sich an ihr entlang zu bewegen, bis das Medium die scharfe Kante 38 erreicht. Diese Grenzschirluerscheinung ist, wie vorstehend dargelegt, untei der Bezeichnung Coanda-Effekt bekannt; jedoch wird diese Erscheinung bei der Erfindung wohl erstmals bei einem Brenner zur Erzeugung einer breiten schirmartigen Flammenform ausgenutzt. Ferner ist zu beachten, daß die dargestellte Ausführungsform zwar eine scharfe Kante 38 besitzt, daß es aber im Rahmen der Erfindung liegt, die Kante 38 abzurunden, so daß das ausströmende Medium tatsächlich mit einer vorherrschend radialen, jedoch leicht rückwärts gerichteten Geschwindigkeitskomponente ausströmt. Solche Flammen wurden tatsächlich erzeugt, wobei die axiale Länge der schirmförmigen Flamme etwas kürzer wurde. Auf diese Weise können noch kürzere, breitere Flammen als die in Fig. 3 A gezeigten erzielt werden.

In der Stellung nach Fig. 3B sind sowohl der Trennring 42 als auch der Ablenkkörper 60 etwas aus der in Fig. 3 A gezeigten Stellung zurückgezogen. Dadurch hat das strömungsfähige Medium keine direkte Strömungslinie von der Oberfläche 54 zur Oberfläche 34. Demzufolge tritt der Coanda-Effekt nicht ein, und das ausströmende Medium wird durch den Mantelring 26 etwas nach vorn abgelenkt. Es ist natürlich noch eine gewisse radiale Geschwindigkeitskomponente vorhanden; diese ist jedoch jetzt etwa gleich der axialen Komponente. Dabei entwickelt sich eine kugelförmige Flamme, d. h. sie divergiert radial nach außen, geht dann aber infolge des geringen Innendrucks wieder etwas zusammen und erhält eine abgerundete bluten- oder kugelförmige Gestalt.

Die dritte Hauptflammenform ist in Fig. 3 C dargestellt. Hierbei sind der Trennring und der Ablenkkörper in bezug auf den Ring 26 noch weiter eingezogen. Dabei dient die axiale Oberfläche 31 des Mantelrings 26 dazu, die radiale Geschwindigkeitskomponente zu beseitigen und sammelt das ausströmende Medium zu einer verhältnismäßig schmalen axial gerichteten Flamme mit verhältnismäßig scharfer Spitze und strahlförmigem Aussehen. Gegenüber der schirmförmigen und der kugelförmigen Flamme, die eine ver

hältnismäßig geringe Axialgeschwindigkeit haben, hat die strahlförmige Flamme eine viel größere Axialgesehwindigkeit und daher ein größeres Eindringvermögen.

Der vorstehend beschriebene Brenner wurde in metallurgischen Ölen verwendet und hat dort eine Reihe wesentlicher Vorteile erbracht. Bei einem Siemens-Martin-Ofen /.. B. wurde der Brenner zuerst dazu verwendet, das Schmelzen von festem Schrott und Roheisen zu 'ordern, die in den Ofen eingesetzt wurden. Während dieser Schmelzphase des Verfahrens wurde der Brenner wie in Fig. 3 A gezeigt betrieben. Ferner wurde er in der in Fig. 3B gezeigten Einstellung und in Zwischenstellungen betätigt. In jedem Falle ν urde er mit einer ziemiich breiten Flamme beirieueii. um ein möglichst großes Loch in den iesieii Einsatz zu schmelzen, ohne dabei die Auskleidung des Ofens übermäßig anzugreifen. Während des Schmelzens wurde der Brenner durch das Kettenhebezeug wiederholt gesenkt, so daß die Flamme im wesentlichen stets in direkter Berührung mit dem abschmelzenden festen Einsatz war. Dadurch wurde die SehmH77e.it wesentlich verkürzt, verglichen mit bekannten Verfahren beim Siemens-Martin-Ofen. Ferner wurde der Brenner zu einem späteren Zeitpunkt des Verfahrens, beim Raffinieren, wieder verwendet. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Brenner wie in Fig. 3C gezeigt eingestellt, so daß die konzentrierte Flamme von grobn Geschwindigkeit durch die Schlackenschicht hindurchdringen und direkt mit dem zu raffinierenden geschmolzenen Metall in Berührung kommen konnte. Dadurch wurde die Temperatur der Schmelze schneller erhöht, und die Geschwindigkeit, mit der der Kohlenstoff entzogen wurde, wurde durch angemessenes Erhöhen des Sauerstoff-Brennstoff-Verhätlnisses erhöht. Somit ergab sich durch die Einstellung der Flammenform während verschiedener Phasen des Stahlherstellungsvorgangs ein entschiedener umfassender Vorteil.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Wirkungsweise des Brenners ist ersichtlich, daß ähnliche Vorteile in verschiedenen Arten sowohl von Eisen- als auch von Nichteisen-Öfen erzielt werden können. Bei einem Sauerstoffaufblaskonverter mit wenigstens z. T. festem Einsatz kann zum Beispiel der erfindungsgemäße Brenner vom Vorwärmen und/oder Schmelzen verwendet werden, wie in Fig. 1 gezeigt. Je nach der Größe des Brenners und dem Durchmesser des Ofens kann die zum Vorheizen oder Schmelzen verwendete breite Flamme schirm- oder kugelförmig sein oder eine dazwischenliegende mit Ofen- und Brennergröße vereinbare Form haben. Danach kann der Brenner bei der Raffinierstufe mit einer verhältnismäßig schmalen Flamme betrieben werden, wenn es erforderlich ist, Schlacke zu durchdringen. Somit kann der Brenner zur Erzeugung einer schirmförmigen Flamme zum Schmelzen und einer kugelförmigen Flamme zum Raffinieren verwendet werden. Ist andererseits die schirmförmige Flamme bei einem gegebenen Ofendurchmesser zu breit, so kann der Brenner zur Erzeugung einer kugelförmigen Flamme zum Schmelzen und einer strahlförmigen Flamme zum Raffinieren verwendet werden.

Abschließend sei noch besonders betont, daß die in Fig. 3 A, 3 B und 3C gezeigten Flammenformen lediglich Beispiele für drei mögliche Grundformen sind, daß sie die Erfindung jedoch in keiner Weise begrenzen, da durch entsprechende Bewegung der

drei Hauplbauteile eine unendliche Z:>.hl von verschiedenen Flammenformen erzeugt werden kann. Ferner sei darauf hingewiesen, dall die vorstehend beschriebene Vorrichtung sogar als Sauer.stoffblasla.nze verwendet werden kann, indem man einfach die "· Brennstoffzufuhr unterbindet. Das erhöht die Vielseitigkeit der Anwcnduiigsmiigik-hkciten des Brenners, zunächst zum Schmelzen oder Vorwärmen i'rster Einsätze oder lediglich /.um zusätzlichen Erwärmen eines geschmolzenen Einsatzes und darauf beim Raffinieren i< > unter Ausschaltung iici Brciinstnil/iifuh'' als >::crsiotfaufblaslanze. Das hat den Vorteil, daß num uVn Brenner nicht entfernen und mit einer Sauerstofflanze austauschen muß. Ferner ha! man den zusätzlichen Vorteil, daß man die jeweilige Stellung des Ab'enk- · körper¹: verändern kann, so daß der Säuerst·.:!! κι it einer Axialgeschwindigkeit in die Schmelze geblasen werden kann, die groß genug, um die Schlacke zu durchdringen, jedoch nicht so übermäßig groß ist, daß sie ein übermäßige- Aufspritzen bewirkt. Das heißt, 2» man kann nach Wahl den Sauerstoff als ·τΐ wesentlichen festen der strahlfömigen Flamme entsprechenden Strahl einblasen oder als einen ringförmigen Strahl entsprechend den bei der schirm- oder kugelförmigen Flamme erzeugten geringen Axialgeschwindigkeiten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäßc Brenner äußerst vielseitig in.seiner Wirkungsweise und in seineu Anwendungsmögiichkeiu η i:> verschiedenen Ofentypen ist. Ferner ist ersichtlich, daß unzählige Abwandlunger möglich sind, z. B. auch die Verwendimf der Durchlässe 48 und 49 in gegenseitiger Vertuschung, so daß Sauerstoff durch den Durchlaß 48 und Brennstoff durch den Durchlaß 49 strömt. In diesem FaI¹C müssen natürlich die i.'iilsprechenucii Umdrucke und/oder du: Geometrie der Düse angepaßt werden, so daß die Geschwindigkeit in der divergiercm'iLii Düse 80 größer ist als in der Axialdüse 76. Es ist einleuchtend, daß dies notwendig isL damit das entstehende Gemisch die erforderliche radiale Geschwindigkeitskomponente hat ;;nd -ich Schirm- und Kugelform bilden.

Zu anderen selbstverständlichen Abänderungen gehört die Umkehrung des Kühimittelstroms; es wurde jedoch gefunden, daß das in der Zeichnung dargestellte Γ.: i\>mungsbild eine optimale Kühlung des Mantelrings und des Ablenkkörpers mit sich bringt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Brennerlanze für einen metallurgischen Ofen mit einem langgestreckten Außenmantel, der sich "> über den größeren Teil der axialen Länge der Brennerlanze erstreckt und an dessen Vorderende ein ringförmiger Mantelring befestigt ist, wobei konzentrisch in diesem mittels eines axial verlaufenden Rohrs ein am unteren Ende geschlossener i< > hoher Ablenkkörper gehalten wird, der mit einer zum Mantelring hin divergierenden ringförmigen Wandung versehen ist, die einen Wandteil einer entsprechend divergierenden ringförmigen, unten geöffneten Verlängerung eines ersten axialen r> Speisekanals für Sauerstoff oder Brennstoff bildet, die in einen Strom des anderen Mediums — Brennstoff bzw. Sauerstoff - einmündet, der aus einem ringförmigen Düsenkanal austritt, der die Verlängerung eines radial außerhalb des genannten er- -'< > sten axialen Speisekanals verlaufenden zweiten Speisekanals bildet, und wobei Mittel zum Verändern der axialen Einstellung des Mantelrings relativ zum Ablenkkörper vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die der ringförmigen -'"> Wandung des Ablenkkörpers (60) benachbarte Verlängerung (80) des ersten axialen Speisekanals (49) ein vom Ablenkkörper gesondert und gegen das untere Ende des Mantelrings (26) zurückgesetzt angebrachter Trennring (42) ist, der mit der «> Wandung des Ablenkkörpers einen ersten ringförmigen Düsenkanal (80) und mit der Innenwandung des Mantelrings (26) den obengenannten bzw. einen zweiten Düsenkanal (76) bildet, und daß der Trennring und der Ablenkkörper gemein- r> sam relativ zum Mantelring axial so einstellbar sind, daß die Ausrichtung und Form der Flamme nach Breite, Höhe und Geschwindigkeit stark verändert wird.

2. Brennerlanze nach Anspruch 1, dadurch ge- 4» kennzeichnet, daß im Innern des hohlen Ablenkkörpers (60) in Abstand von seiner Innenseite ein Prallkörper (72) an dem Vorderende einer langgestreckten Leitung (70) befestigt ist, die sich in an sich bekannter Weise bis zur Hinterseite des 4Ί Brenners erstreckt und dem Ablenkkörper ein den Prallkörper umströmendes Kühlmittel zuführt, und daß in an sich bekannter Weise eine weitere Leitung (58), die sich von dem Ablenkkörper zur Hinterseite der Brennerlanze erstreckt, zur Abfuhr des Kühlmittels aus dem Ablenkkörper an der Hinterseite der Brennerlanze vorgesehen ist.

3. Brennerlanze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelring (26) einen axialen Oberflächenteil (31), der die eine γ, Seite des zweiten Düsenkanals (76) bildet, ferner einen radial nach außen gebogenen Oberflächenteil (32) und einen divergenten Oberflächenteil (34) aufweist, und dpß die divergente Oberfläche (64) des Ablenkkörpers (60) mit der divergenten _ho Oberfläche (34) des Mantelrings (26) fluchtet, wobei die Winkel der divergenten Oberflächenteile und deren Abstand so gewählt sind, daß das brennbare Gemisch an der Oberfläche des Mantelrings (26) entlangströmt und aus der Brenner- _hi lanze in im wesentlichen radialer Richtung austritt.

4. Brennerhinze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ^kennzeichnet, daß der Brennring

(42) eine äußere axiale Oberfläche (50), die die eine Seite des zweiten Düsenkanals (76) bildet, und eine divergente Oberfläche (54) aufweist, die die eine Seite des ersten Düsenkanals (80) bildet.

5. Verfahren zum Betrsiben eines metallurgischen Ofens, mit einer Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte- Beschicken des Ofens mit mindestens zum Teil festem Einsatz, Anordnung eines Sauerstoff-Brennstoff-Brenners mit veränderlicher Flamme senkrecht zum Einsatz, Einstellen einer breiten, ringförmigen Brennerflamme, Handhabung des Brenners in der Weise, daß er einen großen, kreisförmigen Bereich des Einsatzes direkt erhitzt, und Aufrechterhalten der ringförmigen Flamme in Berührung mit dem Einsatz unter Schmelzen des Einsatzes, bis sich ein Schmelzbad aus dem geschmolzenen Metall mit einer Deckschicht aus Schlacke gebildet hat, worauf der Brenner so eingestellt wird, daß er eine schmälere Flamme mit größerer axialer Geschwindigkeit als die breite Flamme erzeugt, wobei die schmalere Flamme leicht die Schlackenschicht durchdringt und mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt, so daß sie durch Verändern des Verhältnisses von Sauerstoff zu Brennstoff im Brenner chemische Veränderungen in dem geschmolzenen Metall herbeizuführen erlaubt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerlanze beim Schmelzen eines festen Einsatzes so gesenkt wird, daß die breite Flamme in direkter Berührung mit diesem Einsatz gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der schmaleren Flamme so eingestellt wird, daß ein Maximum von Durchdringung der Schlackenschicht und ein Minimum von Verspritzen des geschmolzenen Einsatzes erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 zur Herstellung von Stahl in einem basischen Saueistoffaufblaskonverter, dadurch gekennzeichnet, daß als Brenner ein Sauerstoff/Brennstoff-Brenner verwendet wird, dessen Austrittsmündung auf verschiedene Arbeitsstellungen einstellbar ist, und daß der Brenner zunächst mit einer Einstellung auf Erzeugung einer breiten, ringförmigen Flamme zur Erhitzung eines großen ringförmigen Bereiches des festen Einsatzes, und dann mit erhöhtem Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff betrieben wird und die Brennermündung mit einer Einstellung auf Erzeugung einer schmaleren Flamme betrieben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff so eingestellt wird, daß die Einspritzung von Brennstoff praktisch aufhört und die Brennerlanze nur zur Zuführung von Sauerstoff dient, und daß die Brennermündung so eingestellt wird, daß ein Sauerstoffstrahl erzeugt wird, der ein Maximum von Durchdringung der Schlacke und ein Minimum von Verspritzen des geschmolzenen Einsatzes bewirkt.