DE2326754C3 - Vorrichtung zum gesteuerten Zuführen eines Frischgases und eines fluiden Schutzmediums - Google Patents

Description

vornehmlich der Ringspalt zuwächst, während die Mündung des zentrischen Innenrohrs für den Sauerstoff im wesentlichen offenbleibt Der unterschiedliche Grad der Ansatzbildung an den Mündungen der einzelnen Düsen und die unterschiedliche Beschaffenheit der Ansätze, insbesondere deren unterschiedliche Porositäten und Strömungswiderstände, beeinflussen die den einzelnen Düsen aus einer gemeinsamen Zuleitung zugeführten Mengen an Schutzmedium. Dies kann ebenfalls zu Betriebsstörungen führen; denn Voraussetzung für einen möglichst gleichmäßigen Verschleiß der Düsen und des umgebenden Mauerwerks ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Schutzmediums auf die einzelnen Düsen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu beheben und insbesondere ein Oberströmen des Sauerstoffs oder des Schutzmediums in das jeweils andere Medium zu verhindern sowie eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Schutzmedhims auf die Düsen zu erreichen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten An darin, daß in jeder Zuleitung für das Schutzmedium ein Regelventil, ein vom Frischgasdruck gesteuertes Druckminderventil, und hinter diesem ein Rückschlagventil angeordnet ist Auf diese Weise kann der Druck des Schutzmediums für jede Düse in Abhängigkeit vom Sauerstoffdruck in einer Hauptleitung für alle Düsen oder in Abhängigkeit vom Sauerstoffdruck in den Zuleitungen zu den einzelnen Düsen bzw. in der Zuleitung zu der betreffenden Düse gesteuert werden. Um durch die unterschiedliche Kalkbeladung hervorgerufene Schwankungen des Sauerstoffdrucks zu berücksichtigen, genügt die Steuerung des Drucks des Schutzmediums in Abhängigkeit vom Sauerstoffdruck in der Hauptleitung für alle Düsen.

Die Regelventile können gemeinsam verstellbar sein oder sämtliche Zuleitungen für das Schutzmedium können an ein gemeinsames Regelventil mit der Zahl der Düsen entsprechenden Abgängen angeschlossen sein. Das gemeinsame Ventil gibt dann für jede Zuleitung denselben Strömungsquerschnitt frei

Vorzugsweise ist iii Strömungsrichtung vor den Regelventilen ein Absperrventil angeordnet Der Druck in den Zuleitungen für das Schutzmedium liegt stets unter dem Druck des Frischgases bzw. Sauerstoffs. Tritt nun eine Änderung des Druckverhältnisses beispielsweise dadurch auf, daß die Düse durch ein Schrottstück teilweise zerstört wird vts4 Sauerstoff in den Ringraum für das Schutzmedium eindringt dann tritt das betreffende Rückschlagventil in Funktion und verhindert daß der unter höherem Druck stehende Sauerstoff in das hinter dem Rückschlagventil liegende Leitungssystem eintritt Ändern sich die Druckverhältnisse andererseits in der Weise, daß der Sauerstoffdruck absinkt dann wird dementsprechend auch der Druck des Schutzmediums mittels der Druckminderventile verringert so daß der Druck des Schutzmediums stets unter dem Druck des Frischgases, beispielsweise einer Sauerstoff/Kalkstaub-Suspension, liegt Gin Überströmen des Schutzmediums in die Sauerstoffleitung ist alsdann nicht mehr möglich. Insofern erübrigt sich die Anordnung eines Rückschlagventils in der Sauerstoffleitung, was insofern von Vorteil ist als ein solches Rückschlagventil beim Frischen mit kalkstaubbeladenem Sauerstoff einem sehr hohen Verschleiß durch die Kalkpartikel unterliegt

Die Druckminderventile können gemeinsam von einem in einer By-pass Leitung dsr Frischgashauptleitung angeordneten Druckübersetzer gesteuert werden. Bei einer gemeinsamen Steuerung der Druckminderventile sind vorzugsweise in Strömungsrichtung vor dem Druckübersetzer eine Blende und hinter dem

S Druckübersetzer ein Absperrventil und ein Rückschlagventil angeordnet Zudem können in der Frischgashauptleitung ein Absperrventil und Regelventil sowie ein Kalkzuteiler mit einem Mengenventil angeordnet sein. Um beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung Störungen weitestgehend auszuschließen, wird das Schutzmedium vorteilhafterweise mit vollem Druck bis zu dem gemeinsamen Regelventil bzw. bis zu den Regelventilen geführt und im überkritischen Druckverhältnis entspannt so daß das Schutzmedium im freien

iS Ventilquerschnitt mit Schallgeschwindigkeit strömt und sich unterschiedliche Druckverluste an den Düsenmündungen nicht auf die Menge des Schutzmediums auswirken. In diesem Falle wird die Menge des Schutzmediums lediglich durch den iieien Querschnitt der Ventilöffnung bestimmt

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert In der Zeichnung zeigt
F i g. ί ein Schaltschema mit der erfindungsgemäßen Steuerung,

F i g. 2 ein für mehrere Düsen bestimmtes Regelventil und

Fig.3 eine Mengenventil für eine Sauc-rstoff/Kalkstaub-Suspension.

jo In einer Hauptleitung 1 für das Schutzmedium, beispielsweise gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe, befindet sich ein Absperrventil 2. Durch die Hauptleitung 1 strömt beispielsweise Propan mit einem Druck von 8 atü bis zu den gemeinsam verstellbaren,

33' parallel geschalteten Regelventilen 3. Die Regelventile werden auf gleiche Strömungsquerschnitte eingestellt so daß sämtliche Düsen 6 gleiche Mengen des Schutzmediums zugeführt werden. Der Druck des Schutzmediums wird in den Regelventilen 3 beispielsweise auf 1 bis 6 atü, vorzugsweise 3 atü verringert da der Druckverlust an der Düsenmündung etwa 1 bis 2 atü beträgt und für die Oberwindung des ferrcstatischen Drucks in dem nicht dargestellten Frischgefäß etwa 1 atü erforderlich ist

Jedem Regelventil ist ein Druckminderventil 4 und ein Rückschlagventil 5 nachgeordnet Die Druckminderventile 3 werden mittels eines Druckübersetzers 7 vom Druck in der Frischgashauptleitung 8,16 gesteuert Um dies zu ermöglichet? zweigt von der Frischgashauptlei-

so tung 16 eine By-pass-Leitung 11 ab, die mit einem Rückschlagventil 10 versehen ist und bei 9 in die Frisciigashauptleitung einmündet In der By-pass-Leitung 11 sind ferner eine Blende 14, der Druckübersetzer 7 und ein Absperrventil 15 angeordnet während in dem der By-pass-Leitung parallelen Teil 8 der Frischgasleitung 16 in Reihe ein Absperrventil 12, ein Frischgasregelventil 13 und ein Kalkzuteiler 17 liegen.

Ein Rückströmen des Frischgases bzw. des über den Kälkzuteiler 17 mit Kalkstaub beladenen Sauerstoffs wird durch das in der By-pass-Leitung M befindliche Rückschlagventil 10 verhindert. Durch die By-pass-Leitung 1 strömt bei geöffnetem Absperrventil 15 eine geringe, durch den Offnungsquerschnitt der Blende 14 bestimmte Menge des durch die Hauptleitung 16

6j geförderten Frischgases. Druckschwankungen an der Eintrittsstelle 9 wirken sich über den Druckübersetzer 7 auf die Druckminderventile 4 in den Zuleitungen für das Schutzmedium aus, werden jedoch durch die in der

By-pass-Leitung U strömende geringe Frischgasmenge nur unwesentlich beeinflußt. Demzufolge wirkt sich jede Druckänderung an der Eintrittsstelle 9 ohne Zeitverzögerung auf die Druckminderventile 4 aus und führt zu einer entsprechenden Druckänderung des Schutzmedi- S ums.

Wird dagegen das Absperrventil 15 in der By-pass-Leitung geschlossen, dann stellt sich der volle Frischgasdruck am Druckübersetzer 7 ein und werden die Druckminderventile 4 vollgeöffnet. Dieser Betriebszustand tritt dann ein, wenn bei verhältnismäßig geringer Frischgasmenge große Schutzmediummengen gewünscht werden, um die Düsen 6 beispielsweise als Brenner zum Aufheizen eines neu ausgemauerten Frischgefäßes oder zum Vorwärmen von kaltem ij Schrott im Frischgefäß zu betreiben.

Während des Frischens ist jedoch das Absperrventil i5 stets geöffnet, da andemtaiis bei einer Störung an der Düsenmündung die Gefahr eines Überströmens des Schutzmediums in die Sauerstoffleitung besteht, weil die Druckminderventile 4 bei geschlossenem Absperrventil zwar voll geöffnet jedoch im übrigen außer Funktion gesetzt sind. Um jedoch auch bei geschlossenem Absperrventil 5 ein Überströmen des Schutzmediums in die Sauerstoffleitung zu verhindern, ist dem Kalkzutei- 2; ler 17 eine querschnittsbegrenzende Steuerplatte 20 nachgeordnet (Fig.3). Diese Steuerplatte liegt der Austrittsöffnung 23 eines Kalkverteilers 21 gegenüber und ist in bezug auf die Austrittsöffnung 23 verfahrbar. Die Steuerplatte 20 befindet sich während des Frischens in ihrer untersten Stellung und gibt den vollen Öffnungsquerschnitt für die Frischgas- bzw. Suspensionsleitung 22 zu den einzelnen Düsen frei. Wenn jedoch das Hauptventil 15 in der By-pass-Leitung 17 geschlossen wird und die Düsen mit kalkfreiem Sauerstoff als Brenner betrieben werden, wird die Steuerplatte in Richtung auf die Austrittsöffnung 23 verfahren. Auf diese Weise kann die Menge des Sauerstoffs unter Beibehaltung des vollen Sauerstoffdrucks im Kalkverteiler 21 von beispielsweise 15 atü weitgehend reduziert werden. Tritt nun infolge einer Störung an der Düsenmündung kein Sauerstoff mehr aus, dann baut sich sehr schnell der volle Sauerstoffdruck in der Düse auf und wird ein Überströmen des Schutzmediums dadurch verhindert, daß der Druck des Schutzmediums beispielsweise nur die Hälfte des Sauerstoffdrucks beträgt.

Anstelle mehrerer paralleler Regelventile 3 kann dem Absperrventil 2 in der Schutzmediumhauptleitung 1 auch ein einziges Regelventil mit einer der Düsenzahl entsprechenden Anzahl von Abgängen nachgeordnet sein. Ein solches Regelventil besitzt einen in einer Kammer 30 mündenden Anschlußstutzen 31 sowie einen axial verfahrbaren Regelkonus 32, der in den Bereich der in einer Ebene liegenden Eintrittsöffnungen 33 mehrerer Abgänge 34 zu den Düsen bewegt werden kann. Im Regelventil herrscht der volle Druck des Schutzmediums, der im Falle von Propan beispielsweise 8 atü beträgt Durch axiales Verfahren des Regelkonus 32 wird der freie Querschnitt jeder Eintrittsöffnung verändert und die Menge des den Düsen zugeführten Schutzmediums eingesteiii.

Anstelle des Regelventils für sämtliche Düsen können auch mehrere Regelventile verwendet werden, die dann jeweils die Menge des Schutzmediums für eine Düsengruppe steuern. Dabei können die Regelventile einen gemeinsamen oder auch jeweils einen getrennten motorischen, pneumatischen oder hydraulischen Verschiebeantrieb besitzen.

Schließlich können die Düsen auch aus mehr als zwei konzentrischen Rohren bestehen und mehrere konzentrische Ringräume für das Schutzmedium aufweisen. Ir diesem Falle besitzen die Ringräume jeder einzelner Düse eine gemeinsame Zuleitung für das Schutzmedium die an die erfindungsgemäße Steuerung angeschlossen ist.

In jedem Falle ergibt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß das Überströmen und damit dei vorzeitige Ausfall einzelner Düsen weitestgehenc verhindert wird und demzufolge die Lebensdauer dei Düsen dem Verschleiß des umgebenden Mauerwerks inwesentlichen entspricht. Dies kann gegebenenfalk zusammen mit anderen Maßnahmen dazu führen, daC beispielsweise die Haltbarkeit eines mit Doppel- bzw Mehrrohrdüsen versehenen Konverterbodens der Haltbarkeit des übrigen feuerfesten Futters entspricht unc ein Bodenwechsel während einer Konverterreise nichi mehr erforderlich ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zum gesteuerten Zufahren eines Frischgases und eines fluiden Schutzmediums zu im feuerfesten Mauerwerk eines Frischgefäßes an- s geordneten Düsen aus mindestens zwei konzentrischen Rohren mit getrennten Zuleitungen, durch deren Innenrohre das Frischgas und durch deren Ringspalte das Schutzmedium eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zuleitung für das Schutzmedium ein Regelventil (3), ein vom Frischgasdruck gesteuertes Druckminderventil (4) und ein Rückschlagventil (5) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelventile (3) gemeinsam verstellbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor den Regeiventiien (3) ein Absperrventil (2) angeordnet ist

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckminderventile (4) gemeinsam von einem in einer By-pass-Leitung (11) der Frischgashauptleihing (16) angeordneten Druckübersetzer (7) gesteuert werden.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die By-pass-Leitung (11) vor einem Kalkzuteiler (17) von der FrischgashaupUeitunp (16) abzweigt und hinter dem Kalkzuteiler (1.7) in die Frischgashauptleitung (8,16) mündet

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor dem Druckübersetzer (7) eine Blende (14) und hinter dem Druckübersetzer (7) ein Absperrventil (15) und ein Rückschlagventil (10) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Frischgashauptleitung (8) ein Absperrventil (12) und ein Regelventil (13) angeordnet sind.

8. Vorrichturg nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einem Kalkverteiler (21) ein Mengenventil (20, 21, 22,23) unmittelbar nachgeordnet ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenventil eine der Austrittsöffnung (23) des Kalkverteilers (21) gegenüberlie- jo gende verfahrbare Steuerplatte (20) aufweist

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Regelventil (3) mit mehreren, jeweils zu einem Düsenringraum führenden Abgängen (34).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgänge (34) in einer Ebene liegen und ihre Eintrittsöffnungen (33) in einer Kammer (30) mit einem axial verfahrbaren Regelko· nus (32) liegen.

12. Verfahren zum Zuführen von Frischgas und Schmutzmedium zu Düsen aus konzentrischen Rohren unter Verwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelventile (3) auf Schallgeschwindigkeit eingestellt werden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gesteuerten Zuführen eines Frischgases und eines fluiden Schutzmediums zu im feuerfesten Mauerwerk eines Frischgefäßes angeordneten Düsen aus mindestens zwei konzentrischen Rohren mit getrennten Zuleitungen, durch deren Innenrohre das Frischgas und durch deren Ringräume das Schutzmedium eingeleitet werden.

Ein mit reinem Sauerstoff und beispielsweise Propan betriebenes Frischverfahren zum Herstellen von Stahl ist aus der US-PS 37 06549 bekannt Bei diesem Verfahren kann es während des Frischens vorkommen, daß der aus dem Innenrohr der Düse austretende Sauerstoff in den Ringspalt eindringt oder umgekehrt das Schutzmedium aus dem Ringspalt in das Innenrohr gelangt Dies birgt bei der Verwendung von reinem Sauerstoff als Frischgas und brennbaren Schutzmedien wie Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Propan oder öl die Gefahr unerwünschter Brände mit sich, die insbesondere dort groß ist, wo die getrennten Zuleitungen zu den Ringräumen der einzelnen Düsen vor der gemeinsamen Hauptleitung abzweigen. Da derartige Brände zu Betriebsstörungen führen können, sind bereits eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden, um das Oberströmen an den Düsen zu vermeiden. Diese Vorschläge haben sich jedoch insgesamt gesehen nicht bewährt, so daß es bis heute nicht gelungen ist, ein Oberströmen bzw. Zurückströmen des Sauerstoffs oder des Schutzmediums bei Doppel- bzw. Mehrrohrdüsen der in Rede stehenden Art zu vermeiden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Düsenmündung durch chargierte Schrottstücke vorübergehend geschlossen oder bleibend deformiert wird, weil sich dann im Bereich des Verschlusses bzw. der Querschnittsverengung in dem betreffenden Medium ein Druck aufbaut, der zu einem Überströmen des einen Mediums in die Zuleitung des anderen Mediums mit dem geringeren Druck führt

Aus der erwähnten US-PS ist es zwar bekannt, die zwischen den Rohren befindlichen Ringräume für das Einleiten des Schutzmediums mit separaten Zuleitungen zu versehen und in diesen Zuleitungen Rückschlagventile anzuordnen. Die Wirksamkeit der Rückschlagventile setzt jedoch voraus, daß der Sauerstoffdruck stets erheblich über dem Druck des Schutzmediums liegt Dies ist jedoch keineswegs immer der Fall; so ergeben sich Schwankungen des Sauerstoffdrucks insbesondere dann, wenn der Sauerstoff mit Kalkstaub beladen ist und sich die Menge des Kalkstaubs während des Frischens ändert bzw. zeitweise ohne Kalkstaubbeladung gefrischt wird. Bei einer Kalkstaubmenge von 5 kg je Kubikmeter Sauerstoff beträgt der Sauerstoffdruck beispielsweise etwa 15 atü und sinkt bei einer kurzzeitigen Unterbrechung, d. h. beim Blasen ohne Kalkstaub, auf etwa 6 atü ab. Hinzu kommen übliche Druckschwankungen im Leitungssystem für den Sauerstoff, so daß der Sauerstoffdruck an der Düsenmündung häufig nur 3 bis 4 atü beträgt Dieser Druck entspricht bereits dem üblichen Druck des an der Dflsenmflndung aus dem Ringraum austretenden Schutzmediums in Form von Kohlenwasserstoffen wie beispielsweise Propan oder Erdgas. Unter diesen Umständen kann es, insbesondere wenn der Ringspalt durch metallische Ansätze teilweise verschlossen ist, zu einem Rückströmen des Schutzmediums in die Sauerstoffleitung und damit zu einem Brand kommen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Ansatzbildung an der Düsenmündung von außen nach innen fortschreitet und demzufolge