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"Düse zum Einblasen pulverförmiger oder körniger Stoffe in einen Konverter"
Die Erfindung bezieht sich a eine Düse zum Einblasen pulverförmiger oder körniger
Feststoffe mit Sauerstoff als Träger-und Frischgas in einen bodenblasenden Konverter.
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Alle bekannten Frisch-Verfahren erfordern eine reaktionsfähige Schlacke
zur Aufnahme der unerwünschten Eisenbegleiter, insbesondere des Siliziums, Phosphors
und Schwefels. Solche Schlakken können nur dadurch aufgebaut werden, daß entsprechende
Zuschlagsstoffe und Flußmittel in den Konverter gegeben werden.
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Dies geschieht zum Teil beim Chargieren vor Frischbeginn und zum Teil
während des Frischens in Abhängigkeit von der Roheisenanalyse, vom Frischverlauf
und von der gewünschten Endanalyse. Werden die Zuschlagsstoffe und Flußmittel während
des Frischens durch die Konvertermündung zugeführt, so ergeben sich im allgemeinen
keine besonderen Probleme. Dies gilt selbst dann, wenn mehr oder minder feinkörnige
Zuschlagsstoffe wie bei dem bekannten LDAC-VerfntLren in Form eines Fluidats zusammen
mit dem Frischsauerstoff mittels einer Lanze auf bzw. in die Schmelze geblasen werden.
Zwar unten Legt die mit dem Flutdat in Berührung kommende Innenfläche dei Lanze
einem erheblichen
Verschleiß, doch kommt dem angesichts der verhältnismäßig
guten Lanzenkühlung einerseits und der Tatsache, daß andererseits die Grenzen für
die Lanzenabmessungen verhältnismäßig weit sind, keine entscheidende Bedeutung zu.
Hinzu kommt, daß die betreffenden Konverteranlagen in aller Regel mit zwei kurzfristig
gegeneinander auswechselbaren Lanzen ausgestattet sind.
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Besondere Probleme ergeben sich dagegen beim Einblasen pulverförmiger
oder körniger Fest stoffe in Form eines Fluidats mit Sauerstoff beim bodenblasenden
Konverter. Diese Schwierigkeiten sind dadurch bedingt, daß die Düse zum einen einen
im Vergleich zu einer Blaslanze sehr geringen Durchmesser besitzt und zum anderen
keinerlei Kühlung erlaubt.
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Angesichts der verhältnismäßig hohen Strömungsgeschwindigkeit des
Fluidats in den Düsenrohren unterliegen diese einem erheblichen Verschleiß. Die
Strömungsgeschwindigkeit liegt üblicherweise bei 150 bis 300 m/sek, zudem läßt sich
die Wandstärke des Metallrohres aus konstruktiven Gründen nur in verhältnismäßig
engen Grenzen variieren. So haben sich Wandstärken von ca. 2 mm für das Sauerstoffeinleitungsrohr
als besonders günstig erwiesen. Als Düsenwerkstoffe kommen hauptsächlich solche
Metalle infrage, deren Sauerstoffaffinität geringer ist als die des reinen Eisens,
wie beispielsweise Kupfer und rostfreier Stahl. Beim Einblasen eines Fluidats, beispielsweise
einer Feinkalk/Sauerstoff-Suspension, erfahren diese Metallrohre jedoch bereits
nach einigen Schmelzen einen starken Abrieb.
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Eine nicht unerhebliche Verbesserung der Haltbarkeit konnte durch
Verwendung von Düsenrohren mit einem eingekolebten keramischen Einsatzrohr erzielt
werden. Die Einsatzrohre lassen
sich jedoch nur mit einer bestimmten
Mindestwandstärke von etwa 2 mm herstellen und erfordern besondere Klebemittel,
um eine hinreichend feste Verbindung mit dem Rohrwerkstoff zu schaffen. Demzufolge
müssen die Metallrohre bei gleichem freiem Düsenquerschnitt einen entsprechend größeren
Innendurchmesser besitzen. Dies wirkt sich nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit
aus. Außerdem sind die keramischen Einsatzrohre stoßempfindlich, so daß es leicht
zu einem Absplittern oder zu Rissen in den Keramikrohren kommt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Haltbarkeit von
Düsen zu verbessern, durch die ein Fluidat aus Sauerstoff und Zuschlagstoffen, insbesondere
Kalk und Erz oder Flußmittel in Konverterschmelzen eingeblasen wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, für
die Düse ein Metallrohr mit einer integrierenden bzw. eingebrannten oxydischen Innenoberfläche
zu verwenden. Solche Oberflächen besitzen nicht nur den Vorteil einer hohen Verschleißfestigkeit,
sondern auch eines innigen Verbundes mit dem metallischen Werks-off, wie er sich
mit Hilfe von Klebemitteln nicht erreichen läßt. Ein besonders guter Verbund und
insbesondere stotiger Übergang von metallischen in den oxydischen Zustand ergibt
sich beispielsweise durch das Einbrennen oxydischer Oberflächenschichten.
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Überraschenderweise werden mit den üblichen Emailüberzügen erhebliche
Haltbarkeitsverbesserungen der Düsen-Innenrohre, durch die die Frischgas/Feststoff-Suspension
strömt, erreicht. Zum Beispiel ist ein ungeschütztes Edelstahlrohr mit einer Wandstärke
von ca. 2 mm und den Hauptlegierungsbestandteilen von ca. 18% Chrom und 8% Nickel,
durch das ein Sauerstoff/Feinkalk-Gemisch strömt, nach etwa 10 Schmelzen zerstört.
Weist die Metalloberfläche dagegen einen säurefesten
Emailüberzug
von etwa 0,15 mm Dicke, der Zusammensetzung 60% SiO2, 2% Al203, 10% TiO2, 8% Na2O,
3% K20 und 15 B2O5 auf, der bei einer Temperatur von etwa 800 C eingebrannt wurde,
so hält ein solches Rohr etwa 150 150 Schmelzen, ohne daß die Gefahr eines Durchbruches
besteht.
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Beim Einsatz dichter, porenfreier Deckemaile, z.B. Weißemailschichten,
die mit oder ohne Grundemail bei etwa 800 0C eingebrannt werden und die etwa aus
40% SiO2, 3% Al203, 20% TiO2, Na20, % K20 und 15% B203 bestehen, wird die AbriebSestigkeit
gegen eine Frischgas/Feinkalk-Suspension weiter gesteigert und beträgt bei einer
Emailschichtdicke von etwa 0,2 mm ungefähr 200 Schmelzen; sie liegt damit in der
gleichen Größenordnung wie die Haltbarkeiten des feuerfesten Materials im Bereich
der Düse0 Bei den dichten Deckemails sind die Zusammensetzungen mit hohen Al203
und SiO2-Gehalten wegen der höheren Härte zu bevorzugen0 Diese an sich zufriedenstellenden
Ergebnisse lassen sich überraschenderweise noch erheblich verbessern, wenn den üblichen
Emailfritten Zusätze sehr abriebfester Stoffe beigemischt werden, d.h. Stoffe mit
hoher Härte nach der Mohrschen Härteskala. Zum Beispiel können dies Quarz, Mullit,
Siliziumkarbid und Korund sein. Diese Füllerstoffe werden den ferti-gen Emailfritten
in Körnungen unter 0,1 mm zugemischt. Sie bleiben als Festkörper beim Einbrennen
in der zähflüssigen Emailschicht erhalten. Bezogen auf die Emailschicht können die
Zusätze der abriebfesten Füllstoffe 10 bis 50% betragen. So verbessert ein Zusatz
von 30% Schmelzkorund zu einer Weißemailfritte mit der oben angegebenen Analyse
die Abriebbeständigkeit auf etwa den 3-fachen Wert.
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Vorzugsweise wird für das Metallrohr ein Werkstoff verwendet, der
zum einen eine hinreichende Oxydationsbeständigkeit bei höheren Temperaturen und
zum anderen eine gute Verschleißfestigkeit gegen den Abrieb durch die Feststoffteilchen
aufweist. Dabei muß die Härte des metallischen Werkstoffes nicht unbedingt-über
der Härte des zu fördernden Feststoffs liegen. Es sind beispielsweise nichtrostende,
durch Kaltverformung gehärtete Stahlrohre mit Festigkeiten von etwa 100 kg/mm2 mit
Erfolg eingesetzt worden. Bei dieser Härte ist der Werkstoff normalerweise noch
nicht so versprödet, daß er leicht bricht. Die Metallrohre können selbstverständlich
auch durch eine übliche Wärmebehandlung gehärtet werden oder oberflächengehärtet,
beispielsweise nitriert sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 erfindungsgemäße
Düse mit Anschluß an das Zuleitungsrohr für die Feststoff/Frischgas-Suspension im
Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt durch das Düsenrohr der Fig. 1.
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Die Düse besteht aus zwei konzentrischen Rohren 1, 2. Das äußere Rippenrohr
1 ist ein übliches Stahlrohr, dessen Rippen zur Abstützung des Innenrohres 2 dienen.
Der Ringraum 3 zwischen dem äußeren und inneren Rohr dient zum Einleiten eines flüssigen
und/oder gasförmigen Mediums, das den aus dem Innenrohr austretenden Fluidatstrahl
umgibt. Auf die Innenoberfläche des Innenrohres 2 ist eine Emailschicht 4 eingebrannt.
Die Emailschicht 4 besteht aus einem Deckemail der
oben angegebenen
Zusammensetzungen mit 30% eingebettetem Schmelzkorund der Körnung 0 bis 0,06 mm.
Eine uberwurfmutter 5 mit einem Doppelkeilring 6 als Dichtungselement dichtet den
Ringraum 3 gegen das Rippenrohr 1 ab. In den Verschraubungsstutzen 7 ist das Zuführungsrohr
8 für das Schutzmedium eingeschweißt. Die Verschraubungsmutter 9 mit dem Doppelkeilring
10 dichtet gegen ein äußeres Frischgaszuführungsrohr 11 ab. Das äußere Frischgaszufuhrungsrohr
11 hat den gleichen Außendurchmesser wie das Rippenrohr 1. In das äußere Frischgaszuführungsrohr
11 ist das Innenrohr 2 eingelötet. Bei Maßdifferenzen zwischen dem Außendurchmesser
des Innenrohres 2 und dem inneren Durchmesser des äußeren Frischgaszuführungsrohres
11 kann eine Hülse 12 auf das Innenrohr 2 zusätzlich-aufgelötet werden.
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Wird beispielsweise die Überwurfmutter 9 gelöst, so läßt sich das
äußere Frischgaszuführungsrohr 11 zusammen mit dem Innenrohr 2 aus dem Rippenrohr
1 nach unten herausziehen.
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In das äußere Frischgaszuführungsrohr 11, das ein 900-Winkelstück
19 besitzt, ist ein Keramikrohr 13 mit einer Kittschicht 14 eingeklebt. Der Innendurchmesser
dieses Keramikrohres entspricht dem freien Innendurchmesser des Innenrohres 2, so
daß dadurch an der Ubergangsstelle zwischen Keramikrohr und Emailschicht des Innenrohres
kein Durchmessersprung entsteht. Am Winkelstück 20 ist in Verlängerung des Innenrohres
ein Wartungsstutzen 15 angeordnet. Normalerweise ist dieser Wartungsstutzen blind
geflanscht und wird nur bei Wartungsarbeiten geöffnet, z.B. beim Ausmessen der Düsenlänge
oder gegebenenfalls beim Ausfall der Düse zum Ausstopfen des Innenrohres mit einer
Keramikmasse. Der Schenkel 16 des Winkelstückes 15 besitzt einen größeren Innendurchmesser
und ist über eine Überwurfmutter 17 und Dichtung 20,
die bei der
Montage ein Verschieben des Rohres in Längsrichtung von etwa 25 mm zuläßt, mit einem
Winkelstück 21 verbunden, dessen Kugelgelenk zenit Fluidatsleitung verbunden ist0
Die Kugelgelenkverbindung 18 sowie die Verschiebemöglichkeit des Rohres an der Verschraubung
17 und dem Verschraubungsstutzen 7 dienen dazu, Maßungenauigkeiten auszugleichen
und die Anpassung der Versorgungsleitung an die Düsen zu erleichtern.
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Die starke Querschnittserweiterung vom äußeren Frischgaszuführungsrohr
11 im Winkelstück 19 auf dem erweiterten Schenkel 16 setzen die Strömungsgeschwindigkeit
soweit herab, daß sich kein Abrieb an der metallischen Oberfläche bemerkbar macht.
Es ist demzufolge nicht erforderlich, die gesamte Versorgungsleitung mit einer verschleißfesten
Schicht auszukleiden.