DE2433217A1 - Einrichtung zur zufuhr von hochtemperaturmaterial - Google Patents
Einrichtung zur zufuhr von hochtemperaturmaterialInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
Pr. «r. nal. DIETER LOUIS
Dipi.-Phys. CLAUS PÖHLAU
8500 NORNBERQ
BLACK SIVALLS & BRYSON INC.,
2727 Allen Parkway, Houston, Texas / USA
Einrichtung zur Zufuhr von Hochtemperaturmaterial
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zufuhr von Hochteraperaturmaterial.
Bei vielen industriellen Verfahren ist es erforderlich, in
das Innere hochbeheizter Kammern oder Behälter Materialien, wie Brennstoffe und Oxydationsmittel, einzuleiten. Bei Stahlgarungsverfahren
wird beispielsweise gewöhnlich Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft in geschmolzenes Metall
eingeblasen, so dass Unreinheiten im Metall durch Oxydation entfernt werden. Im allgemeinen wird Sauerstoff oder mit
Sauerstoff angereicherte Luft unter der Oberfläche des geschmolzenen Metalles mit einer Lanze eingeblasen.
Bei anderen Metallverarbeitungsverfahren, wie auch bei verschiedenen
Verfahren, welche eine Zufuhr von Brennstoff, Luft, Sauerstoff oder anderen Materialien in hochbeheizte Behälter
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über oder unter der Oberfläche der sich darin befindlichen
Hochtemperaturmaterialien erfordern, werden Materialzufuhreinrichtungen verwendet, welche sich in die Umgebung der
hohen Temperatur erstrecken. Damit die Materialzufuhreinrichtungen
den vorhandenen, hohen Temperaturen ohne rasche Zerstörung standhalten können, werden sie durch ein in ihnen
zirkulierendes Kühlmittel gekühlt..
Müssen einer oben beschriebenen Umgebung mit hoher Temperatur zwei oder mehr Materialien zugeführt werden, werden nach dem
Stand der Technik zwei oder mehr Materialzufuhreinrichtungen eingesetzt, wobei jede die Zirkulation eines Kühlmittles und
die damit verbundene Warmetausch- und Kühlmittelumwälzeinrichtung erforderlich macht.
Nach der Erfindung wird eine Einrichtung zur Zufuhr einer Mehrzahl von Materialien in eine Umgebung mit hoher Temperatur
vorgeschlagen· Sie umfasst: einen langgestreckten, geschlossenen Aussenmantel, der ein vorderes Ende hat, das in
die Umgebung mit hoher Temperatur hineinreicht, und ein
hinteres Ende, das ausserhalb der Umgebung liegen soll; eine Mehrzahl von Leitungen, die sich durch das vordere und
hintere Ende des Aussenmantels erstrecken, innerhalb des Aussenmantels befestigt und von ihm so weit entfernt angeordnet sind, dass dadurch mindestens ein Kühlmitteldurchgang
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bestimmt wird; einen Kühlmittelzufluss und einen Kühlmittelausfluss,
die mit dem Kühlmitteldurehgang am hinteren Ende
des Aussenmantels in Verbindung stehen; und Leitbleche innerhalb des. Kühlmitteldurchganges, um sicherzustellen, dass das
Kühlmittel im Durchgang über die gesamte Länge des Aussenmantels fliesst.
Mit einer derartigen Einrichtung können einer Umgebung mit hoher Temperatur gleichzeitig zwei oder mehr getrennt« Materialien
zugeführt werden, wobei nur ein einziges Kühlmittel-,
Wärmetausch- und Umwälzsystem erforderlich ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.
Es zeigen: ...-._
Figur 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines
hochbeheizten Behälters mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Materialzuführeinrichtung;
Figur 2 eine Schnittansicht der in Figur 1 dargestellten
Materialzuführeinrichtung; " .
Figur 3 eirie Qüerschnittsansicht gemäss Linie 3-3 in
Figur 2; mid
Figur 4 eine Querschnittsansieht gemäss Linie 4-4 in
Figur 2.
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In der Figur 1 ist eine Mat er ialzuf uhr einrichtung 10 dargestellt,
die an einen Behälter 12, der eine hochbeheizte Materialmasse 14 enthält, angeschlossen ist. Aus einer Vielzahl
von Systemen, bei denen es wünschenswert ist, zwei oder mehr Materialien in das Innere des Behälters 12 einzuleiten,
kann der Behälter 12, wie im Nachfolgenden beschrieben, einen Teil eines beliebigen Systemes bilden«
Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Materialzufuhreinrichtung 10 umfasst im Grunde einen langgestreckten Aussenmantel
16, der ein vorderes, durch eine vordere wand 22 verschlossenes
Ende 18 und ein hinteres, durch eine hintere Wand 24 verschlossenes Ende 20 hat·
Eine erste Leitung 26 ist innerhalb des Aussenmantels 16 befestigt
und so angeordnet, dass zwischen ihr und dem Aussenmantel 16 ein Kühlmitteldurchgang 27 gebildet wird. Wie in den
Figuren dargestellt, weisen der Aussenmantel 16 und die Leitung 26 zylindrische Form und koaxiale Anordnung auf. Die Leitung
kann sich durch die vordere Wand 22 des Aussenmantels erstrecken und dabei in ihr eine Materialauslaufdüse bilden,
oder es kann alternativ dazu, wie in Figur 2 dargestellt, das vordere Ende 28 der Leitung 26 genau in der Vorderwand 22 des
Aussenmantels 16 enden. Bei dieser bevorzugten Anordnung wird das vordere Ende 28 der Leitung 26 von einer vorderen Wand
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«=· 5 —
geschlossen und in den Seiten der Leitung 26 sind am vorderen Ende 28 ein Paar entgegengesetzt gerichtete Öffnungen 32 vorgesehen.
Im Aussenmantel 16 sind ein Paar ähnliche Öffnungen 34 vorgesehen und jedes Paar der Öffnungen 32 und 34 ist durch
einen abgedichteten Anschlussteil 36 verbunden. Somit bilden die öffnungen 32, die Anschlussteile 36 und die Öffnungen 34
im vorderen Ende des Aussenmantels 16 Materialauslaufdüsen 35,
welche mit der ersten Leitung 26 verbunden sind.
Das hintere Ende 38 der ersten Leitung 26 erstreckt sich durch die hintere Wand 24 des Aussenmantels 16, um einen
ersten Materialeinlauf zu bilden, welcher mit einem Flanschanschluss 40 versehen ist.
Innerhalb des Aussenmantels 16 ist eine zweite Leitung 42, vorzugsweise innerhalb der ersten Leitung 26, angeordnet. Das
vordere Ende 44 der zweiten Leitung 42 erstreckt sich durch die vordere Wand 22 des Aussenmantels 16 und bildet dabei in
ihr eine zweite Materialauslaufdüse 45. Das hintere Ende 46
der zweiten Leitung 42 erstreckt sich durch den Aussenmantel 16 und das hintere Ende 38 der ersten Leitung 26, um einen
ztireiten Materialeinlauf zu bilden, welcher mit einem Planschanschluss
48 versehen ist.
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In der Figur 2 sind zwei entgegengesetzt gerichtete Kühlmittelanschlüsse
50 und 52 dargestellt, die am hinteren Ende 20 des Aussenmantels 16 vorgesehene Anschlussflansche 54 und
56 aufweisen.
Innerhalb des Kühlmitteldurchganges 27 sind zwei längs verlaufende
Leitbleche 60 und 62 angebracht, die sich im wesentlichen über seine gesamte Länge von der hinteren Wand 24 bis
kurz vor die vordere Wand 22 des Aussenmantels 16 erstrecken, wie am besten in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Die Leitbleche
60 und 62 liegen in einer diametralen Ebene, welche die gemeinsame Achse des Aussenmantels 16 und der ersten Leitung
26 schneidet. Die Leitbleche 60 und 62 sind dichtend am Aussenraantel 16, an seiner hinteren Wand 24 und an der ersten
Leitung 26 angebracht und liegen zwischen den Kühlmittelein-
und -auslaufanschlüssen 50 und 52, so dass sich im Kühlmitteldurchgang
27 ein ununterbrochener Weg bildet, der sich vom Kühlmitteleinlauf 50 zum vorderen Ende 18 des Aussenmantels
16 und dann zum Kühlmittelauslaufanschluss 52 erstreckt.
Um von den Teilen der Einrichtung 10, insbesondere vom Aussenmantel
16, welcher der hohen Umgebungstemperatur unmittelbar ausgesetzt ist, wirksame Wärmeübertragung auf einen durch den
Kühlmitteldurchgang 27 fliessenden Kühlmittelstrom sicherzustellen, ist innerhalb des Kühlmitteldurchganges 27 eine Mehrzahl
von Leitblechen 64 befestigt. Die vorzugsweise ringförmigen
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Leitbleche 64 sind an den Wänden des Aussenmantels 16 und der ersten Leitung 26 in radialen Ebenen senkrecht zur gemeinsamen
Achse des Aussenmantels 16 und der ersten Leitung 26 befestigt. Wie in Figur 2 dargestellt, sind die Leitbleche
64 abwechselnd an den gegenüberliegenden Wänden angebracht, so dass der durch den Kühlmitteldurchgang 27
fliessende Kühlmittelstrom gezwungen ist, von einem Ende der Einrichtung IO zum anderen einen gewundenen Weg zu nehmen.
Wenn auch nur zwei Materialleitungen 26 und 42 beschrieben und dargestellt sind, kann natürlich eine Mehrzahl von Leitungen,
die nur durch Grosse und Kostenfrage beschränkt wird, zum Ablassen einer Mehrzahl von Materialien im Aussenmantel
16 der Einrichtung 10 angebracht werden* Die verschiedenen Leitungen können innerhalb des Aussenmantels 16 nebeneinander
angebracht werden, oder aber man sieht eine erste Leitung mit grossem Durchmesser vor und ordnet die übrigen Leitungen
in ihr an. Jedoch müssen die verschiedenen verwendeten Leitungen so bemessen und innerhalb des Aussenmantels 16 angeordnet
werden, dass zwischen den Leitungen und dem Aussenraantel ein Kühlmitteldurchgang vorgesehen wird.
Da das vordere Ende 18 des Aussenmantels 16 der Einrichtung in den Behälter 12 hineinreicht, ist zur Erleichterung der
Montage der Einrichtung 10 an dem Behälter 12 ein ringförmiger
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Flansch 66 am Aussenraantel 16 befestigt und mit Öffnungen
68 zur Aufnahme von Bolzen versehen, so dass er an einem Ergänzungsflanschglied 76, welches wiederum an ein Rohr
am Behälter 12 angeschlossen ist, mit Bolzen befestigt werden kann· Der Behälter 12 hat auch einen Füllanschluss 70
für einen Verbrennungshilfsstoff und einen Auslaufanschluss 72, der mit einem Rohr 74 zum Entzug gasförmiger Reaktionsprodukte
verbunden ist.
Im Betrieb wird bewirkt, dass durch eine Leitung 80, welche an den Flansch 54 angeschlossen ist, ein Kühlmittelstrom zum
Kühlmitteleinlaufanschluss 50 der Einrichtung 10 fliesst.
Der Einrichtung 10 wird Kühlmittel durch eine Leitung 82 entnommen, welche an den Flansch 56 des Kühlmittelauslaufanschlusses
52 angeschlossen ist. Als Kühlmittel eignet sich jedes flüssige Kühlmittel, das in geeigneter Weise die Wärme
entzieht, die von den Wänden des Aussenmantels 16 von der Umgebung mit hoher Temperatur, in welche sich das vordere
Ende 18 der Einrichtung 10 erstreckt, übertragen wird. Das verwendete Kühlmittel hängt von einer Vielzahl von Faktoren
ab, zu denen in erster Linie die Temperatur der Umgebung zählt, welcher die Einrichtung 10 ausgesetzt ist. Ist die
Temperatur der Umgebung relativ niedrig, kann ein flüssiges Kühlmittel, wie Wasser oder Öl, oder ein gasförmiges, wie
Dampf, verwendet werden; ist die Temperatur relativ hoch,
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wie das beispielsweise dann der Fall ist, wenn die Einrichtung 10 zum Einleiten von Material unterhalb der Oberfläche
eines geschmolzenen Metalles verwendet wird, kann ein flüssiges Hochtemperaturkühlmittel, beispielsweise ein Metall
oder ein Metallgemisch mit ausreichend hohem Schmelzpunkt, veri*endet werden.
Das durch den Kühlmittelexnlaufanschluss 50 der Einrichtung
10 eingeleitete Kühlmittel fliesst durch den Kühlmitteldurchgang 27 zum vorderen Ende 18 des Aussenmantels 16 und dann
zurück zu seinem hinteren Ende 20, wo es die Einrichtung 10 durch den Kühlmittelauslaufanschluss 52 verlässt. Der die
Einrichtung 10 verlassende Strom des heissen Kühlmittels
wird zu einem (nicht dargestellten) Kühlsystem geleitet, wo er wieder gekühlt und erneut zum Einlaufanschluss 50 zurückgeleitet
wird.
Da die Einrichtung 10 durch den durch sie fliessenden Kühlmittelstrom
gekühlt wird, kann ein Material oder können mehr Materialien laufend oder zeitweilig durch die Leitung 26 bzw.
42 in die Umgebung mit hoher Temperatur eingeleitet werden. Ist beispielsweise das Material 14 im Behälter 12 eine Masse
aus geschmolzenem Metall, und sollen laufend Verbrennungshilfsstoffe, wie beipielsweise Festbrennstoffpartikel, und
ein Oxydationsmittel, wie beispielsweise Luft, unter der
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Oberfläche des geschmolzenen Metalles eingeleitet werden, wird bewirkt, dass die Luft durch eine Leitung 84, welche
mit dem Flansch 40 der ersten Leitung 26 verbunden ist, zur Einrichtung 10 strömt, so dass sie durch die Düse 35 in die
Masse aus geschmolzenem Metall einströmt. Die Brennstoffteile wandern durch eine an der zweiten Leitung 42 angeschlossene
Leitung 86 zur zweiten Leitung 42 und zur Düse
Die Anordnung der verschiedenen Teile der Einrichtung 10 nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel eignet sich
insbesondere dort, wo Luft und Brennstoff oder andere Materialien, welche, wenn sie miteinander gemischt werden, brennbar
sind, in eine Umgebung mit hoher Temperatur eingeleitet werden. Das heisst, die Luft, die durch die erste Leitung
strömt, unterstützt das Kühlmittel beim Entziehen der Wärme aus der Einrichtung 10, während die Luft gleichzeitig vorgewärmt
wird. Ferner wird die Luft vom Brennstoff getrennt gehalten und aus der Einrichtung 10 an Stellen abgelassen, die
von der Düse 45, durch welche der Brennstoff ausläuft, getrennt sind, so dass Verbrennung von Luft und Brennstoff nicht
vorzeitig innerhalb der Einrichtung 10 stattfindet.
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Claims (6)
1. Einrichtung zur Zufuhr von Materialien in eine Umgebung mit hoher Temperatur, welche eine Zuleitung hat, die
mindestens auf einem Teil ihrer Länge von einem Kühlmantel umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie
einen langgestreckten, geschlossenen Aussenmantel (16) aufweist, der ein vorderes Ende (18) zum Einsetzen in
eine Umgebung mit hoher Temperatur und ein hinteres Ende (20) hat, das ausserhalb der Umgebung mit hoher Temperatur
liegen soll, dass innerhalb des Aussenmantels (16) eine Mehrzahl von Leitungen (26, 42) befestigt ist und
einen Abstand zum Aussenraantel (16) aufweist, der mindestens einen Kühlraitteldurchgang (27) bestimmt, dass sich
die Leitungen (26, 42) durch das vordere und hintere Ende (18, 20) erstrecken, dass ein Kühlmitteleinlauf (50)
und ein Kühlmittelauslauf (52) mit dem Kühlmitteldurchgang (27) am hinteren Ende (20) des Aussenmantels (16) in
Verbindung stehen, und dass Leitbleche (60, 62, 64) innerhalb des Kühlmitteldurchganges (27) sicherstellen, dass
das Kühlmittel im Kühlmitteldurchgang (27) über die gesamte Länge des Aussenmantels (16) fliesst.
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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leitung (26) mindestens eine der
anderen Leitungen (42) umgibt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Leitungen (26, 42) vorhanden sind, die zueinander
und zum Aussenmantel (16) koaxial sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter den Leitblechen zwei längsverlaufende
(60, 62) befinden, welche sich bis anschliessend an das vordere Ende (18) des Aussenmantels (16) erstrecken, doch
von ihm getrennt sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die äussere oder erste Leitung
(26) in zwei Durchgänge (34) teilt, welche sich in den Raum, der den Aussenmantel (16) umgibt, an einer Stelle
öffnen, die von der, an der sich die innere oder zweite Leitung (42) öffnet, getrennt ist.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass sich unter den Leitblechen eine Mehrzahl axial beanstandeter, radialer Leitbleche
(64) befindet.
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