DE2438142C3 - Düse zum Einleiten von Reaktionsgas - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse zum Einleiten von Reaktionsgas, hauptsächlich oxidierendem Gas, z. B. Sauerstoff, mit und ohne Beladung von Feststoffen, z. B. Kalk, in Schmelz- und Frischgefäße für Metalle. Diese Düse ist in der feuerfesten Ausmauerung der Gefäße eingebaut und zur Vermeidung von Reaktionen zwischen Düsenmaterial und dem Frischgas wird ein gasförmiges und/oder flüssiges Schutzmedium, getrennt vom Reaktionsgas, der Düse zugeführt.

Beim Frischen von Metallen wird in das Metallbad ein Frischgas, hauptsächlich technisch reiner Sauerstoff, eingeleitet, um die unerwünschten Begleitelemente aus der Schmelze zu entfernen.

Seit ungefähr 5 Jahren führt sich mehr und mehr eine j Frischtechnik in die Betriebspraxis ein, bei der Sauerstoff, umgeben von Kohlenwasserstoffen, durch Düsen, die aus zwei konzentrischen Rohren aufgebaut sind, der Metallschmelze zugeführt wird.

Für die Herstellung von Stahl sind in der britischen Patentschrift 1253 581 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens offenbart Es sind verschiedene geometrische Anordnungen der Düsen, hauptsächlich im Bodenbereich der Frischgefäße, dargestellL Bei den aus zwei konzentrischen Rohren bestehenden Düsen strömt durch das zentrale Rohr der Frisch-Sauerstoff und durch den Ringspalt zwischen dem inneren und äußeren Rohr leitet man flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe ein. Zur Zentrierung der beiden Rohre befinden sich im Rin^spalt Abstands- »o halter in verschiedenen Ausführungsformen.

Neben den überzeugenden Vorteilen dieser neuen Frischtechnik bei der Stahlerzeugung in metallurgischer sowie auch in wirtschaftlicher Hinsicht, treten in der betrieblichen Praxis gelegentlich Störungen an den bekannten Düsen auf. Nach langwierigen Beobachtungen und Untersuchungen in Konvertern zum Stahlfrischen ist als Ursache für die Störungen an den Düsen erkannt worden, daß Schrottstücke in der Schmelze die Düsenmündungen kurzzeitig verschließen und darüber jo hinaus zu Beschädigungen der Düsenmündung, in seltenen Fällen bis zu ihrem völligen Verschließen, führen.

Diese Düsenbeschädigungen lassen sich bei dem üblichen Konverterbetrieb in einem Stahlwerk praktisch nicht kontrollieren und führen unter Umständen zu Störungen im Betriebsablauf durch Verzögerungen beim Frischprozeß. Entsprechend der bestehenden Druckdifferenz an der Düsenmündung zwischen dem Frisch-Sauerstoff einerseits und dem Schutzfluid andererseits, kann Schutzfluid in die Sauerstoffleitung oder umgekehrt Sauerstoff in die Schutzfluidleitung strömen. Da das Schutzfluid, vorzugsweise aus Kohlenwasserstoffen besteht, kommt es bei Mischungen aus Sauerstoff und Schutzfluid zu Bränden in den Düsenkanälen bis hin zu Verpuffungen, die Beschädigungen am Düsensystem hervorrufen.

Beschädigungen der Düsenmündung durch auftreffende Schrottstücke haben, abhängig von der Art der Beschädigung, verschiedene Auswirkungen, z. B. führt ein Verschließen des Ringspaltes und der damit verbundenen, unzureichenden Versorgung der Düse mit Schutzfluid, zum vorzeitigen Zurückbrennen der Düse. Falls das Sauerstoffeinleitungsrohr zusammengedrückt wird, hat es den Ausfall der gesamten Düse zur Folge. Die Funktionsunfähigkeit von Düsen beim Konverterbetrieb bedeutet eine Verlängerung der Frischzeit, die letztlich einer Kapazitätsabnahme der Konverteranlage gleichkommt Es kann diesem Nachteil allerdings durch eine größere Anzahl von Düsen bei der Auslegung des Konverters entgegengewirkt werden. Jedoch sind neben der Verminderung der Wirtschaftlichkeit damit Schwierigkeiten bei der Überwachung der Düsen verbunden.

Prinzipiell ist man nämlich daran interessiert, die Anzahl der Düsen in einem Konverter so klein wie möglich zu halten, um damit einmal den technischen Aufwand für die Mediumversorgung der Düsen zu beschränken und zum anderen die Einzelüberwachung der Schutzmedienversorgung zu ermöglichen, die bei einer größeren Düsenanzahl technisch sehr aufwendig wird. Die individuelle Überwachung der Schutzmedienversorgung jeder Düse gewährleistet aber erst eine hohe Betriebssicherheit Demgemäß bedeutet die Verringerung der Düsenanzahl in einem Konverter allgemein eine Steigerung ihrer Funktionsfähigkeit

Die Anzahl der bekannten Düsen läßt sich aber in einem Konverter nicht beliebig verkleinern, da es mit zunehmendem Durchmesser des Sauerstoffeinleitungsrohres zu einem Durchblasen der Schmelze mit Sauerstoff kommen kann. Der Durchmesser des Sauerstoffeinleitungsrohres ist der Badtiefe anzupassen, z. B. benötigt man in einem 200-t-Stahlfrischkonverter bei dem üblichen Sauerstoffdruck mindestens 12 Düsen mit einem lichten Durchmesser für das Sauerstoffeinleitungsrohr von ca. 40 mm.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Düse zu entwickeln, die unter Beibehaltung aller Vorteile der bekannten Doppelrohr-Düse eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet, insbesondere gegen Beschädigungen durch Schrottstücke unempfindlich ist und gleichzeitig die Verringerung der Düsenanzahl in einem Frischgefäß ermöglicht ohne daß Sauerstoff aus der Badoberfläche austritt. Die Düse sollte sich weiter für das Einleiten beliebiger Reaktionsgase in Schmelz- und Frischgefäße eignen und zur Verbesserung des Blasverhaltens und der Badbewegung in diesen Gefäßen beitragen.

Die Düse nach der Erfindung löst die gestellten Aufgaben durch den Einbau eines vom Reaktionsgas nicht durchströmten Kernes im Reaktionsgaseinleitungskanal der Düse. Damit nimmt im Düsenquerschnitt der Zuführungskanal für das Reaktionsgas eine Ringspalt- oder ringspaltähnliche Form an.

Durch die Ausbildung des Reaktionsgas- bzw. Frischgasaustrittsquerschnittes als Ringspalt wird eine Beschädigung der Düsenöffnung, beispielsweise durch Schrottstücke, nahezu vollständig vermieden. Bei dem großtechnischen Einsatz der erfindungsgemäßen Düse kam es nur sehr vereinzelt zu Teilbeschädigungen des Ringspaltes, und in keinem Fall ist dadurch die Funktion der Düse ernsthaft beeinträchtigt worden.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Düse mit festem Kern und ringspaltförmigem Austritisquerschnitt für das Frischgas, setzt darüber hinaus die Eindringtiefe der Frischgasstrahlen, bei vergleichbarem Druck und Austrittsquerschnitt, auf ungefähr die Hälfte gegenüber den bekannten Doppelrohr-Düsen herab.

Obwohl die Düse mit dem ringspaltförmigen Austrittsquerschnitt für das oxidierende Gas bereits nahezu alle Aufgaben gemäß der vorgenannten Aufgabenstellung erfüllt, ist es im Sinne der Erfindung, dem Reaktionsgas einen Drall zu überlagern, um damit die Wirkung der erfindungsgemäßen Düse weiter zu verbessern. Bevorzugt wird dieser Drall dem Reaktionsgas durch entsprechende Einbauten im Reaktionsgasversorgungskanal aufgeprägt. Drall erzeugende Führungselemente im Ringspalt für das Frisch- bzw. Reaktionsgas, können z. B. wendel- oder schraubenförmige Einlagen sein. Durch die drallerzeugenden Führungselemente im ringspaltförmigen Reaktionsgasversorgungskanal kann die pro Düse einsetzbare Reaktionsgasmenge, z. B. die Sauerstoffmenge, unter vergleichbaren Bedingungen auf mindestens den 5fachen Wert gegenüber den bekannten Doppelrohr-Düsen gesteigert werden.

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Eine obere Grenze läßt sich praktisch nicht vorzugsweise im Zentrum des Kernes, zur Aufnahme definieren, da sich der Reaktionsgasdurchsatz durch einer Meßvorrichtung, mit der die Düsenlänge überVariation des Düsenkerndurchmessers und der Stei- wacht wird.

gungswinkel der drallerzeugenden Führungselemente in Die Führungselemente in dem Reaktionsgaseinlci-

weiten Grenzen steigern läßt, beispielsweise sind 5 tungskanal, die dem Reaktionsgas, z. B. Sauerstoff, mit

lOfache Mengen unter vergleichbaren Bedingungen und ohne Beladung von staubförmigen Schlackenbild-

gegenüber der Doppelrohr-Düse in der Betriebspraxis nern, einen Drall verleihen, können in ihrer Formge-

ohne erkennbare Nachteile bereits durchgesetzt wor- bung in weiten Grenzen variieren. Bevorzugt werden

den. sie jedoch wendel- bzw. schraubenförmig ausgebildet

Bei den angegebenen, groben Richtwerten war der 10 und besitzen einen Steigungswinkel zwischen 10-70°.

Kerndurchmesser der erfindungsgemäßen Düse min- Der Steigungswinkel kann über die Düsenlänge

destens lOmal so groß wie Ringspaltbreite und variieren, z.B. hat es sich bei dem Einsatz der

bedeutend größer. Mit zunehmendem Kerndurchmes- erfindungsgemäßen Düse in einem Elektro-Ofen als

ser läßt sich der Reaktionsgasdurchsatz ebenfalls sinnvoll erwiesen, bei neu ausgemauertem Ofengefäß

steigern. Begrenzungen für den Kerndurchmesser nach 15 mit einem größeren Drall der in der Seitenwand

oben bestehen im Prinzip nicht, es sei denn, von der eingebauten Düse zu arbeiten und mit zunehmendem

geometrischen Form der Frisch- bzw. Schmelzgefäße Verschleiß den überlagerten Drall auf das Reaktionsgas

ergeben sich Maximalgrenzen für die Düse. zu verringern, um während der gesamten Ofenreise

Der nicht mit Reaktionsgas durchströmte Kern der ungefähr bis zum Ofenzentrum mit dem Reaktionsgas in

Döse kann aus verschiedenen Materialien hergestellt 20 die Schmelze einzudringen.

werden. Eine einfache Lösung, die sich in der Praxis gut Bei der erfindungsgemäßen Düse können auch

bewährt hat, besteht darin, ein Rohr in der Abmessung mehrere Führungselemente in einem Reaktionsgasein-

des Kerndurchmessers mit einer feuerfesten Stampf- leitungskanal eingebaut sein. Es hat sich in diesen Fällen

masse auszufüllen. Hochwertige Magnesitmassen mit als sinnvoll erwiesen, die sich dann bildenden Kammern,

Chromat-, Sulfat- und hydraulischer Bindung haben sich _2J z. B. Ringspaltteilstücke, über die Düsenlänge durch

bewährt. Mit Erfolg sind Massen auf der Basis von Querkanäle zu verbinden, bzw. die Führungselemente in

Dolomit, Tonerde und Schamotte erprobt worden. Das mehrere Teilstücke über die Düsenlänge aufzulösen.

den Kern umschließende Rohr kann einmal die innere Entsprechend der großen Variationsbreite bei der

Wandung für einen kleinen Ringspalt zur Zugabe von Formgebung der Führungselemente, kann auch bei der

Schutzmedium oder Inertgas bilden, sowie bereits die 30 Ausfüllung der Ringspaltquerschniltsflächen durch

innere Wand für den Rcaktionsgasringspalt darstellen. diese Führungselemente verfahren werden. Zwischen

Im Sinne der Erfindung liegt auch die Herstellung des V10 bis ⁸/io der Ringspaltquerschnittsfläche waren bei Kernes aus einem gasundurchlässigen Werkstoff, wie Versuchsdüsen bereits durch den Einbau von Führungsbeispiclsweise Metalle, Metallkcramiks, Cermets oder elementen ausgefüllt, und es ließen sich dadurch keine schmelzflüssig gegossene keramische Stoffe (Korund, 35 Nachteile auf die günstige Wirkung der erfindungsgc-Mullit). Bei der Verwendung von gasundurchlässigen mäßen Düsen feststellen. Die Führungselemente waren Kernmaterialien ist ein zusätzliches Führungsrohr für aus Metall, beispielsweise Kupfer, üblichem Kohlenden Kern nicht unbedingt erforderlich und kann von Fall stoffstahl und Edelstahl, gefertigt. Führungselemente zu Fall weggelassen werden. Das Kernmaterial selbst aus keramischen Werkstoffen sowie Metallkeramik, bildet dann die Begrenzung für einen inneren R'mgspnit ^₀ Cermets haben sich ebenfalls gut bewährt. Keramische bzw. den Rcaktionsgasringspalt. Einbauten mit einer Hydratbindung auf der Basis von

Als Metalle für den Kern haben sich Kupfer, üblicher Zement und Tonerdeschmelzzement, haben sich wegen

Kohlenstoffstahl und verschiedene Typen von Edel- ihrer einfachen Handhabung als besonders vorteilhaft

stllhlcn, vorzugsweise mit mehr als 15% Chrom, als erwiesen,

brauchbar erwiesen. 45 Eine Sonderform der Düse im Sinne der Erfindung

Die Qucrschnittsform des Kernes ist aus fcrtigungs- stellt ein im Querschnitt ringspaltähnlichcs Tcilstück

technischen Gründen vorzugsweise rund, jedoch nicht dar, gewissermaßen ein gebogener Spalt, der in seiner

an die runde Form gebunden. Vielecke und auch Lunge schraubenartig im feuerfesten Material cingc-

ntcht-symmctrischc Formen haben sich in Einzelfällen baut ist.

bcwtthrt. Beispielsweise ist eine crfindiit'gsgcinUßc Düse 50 Die crfindungsgcmtißc Düse schafft aufgrund ihrer

mit ovalem Kern in die Seitenwand eines Sicmens-Mar- Störungsunanflllligkcit und des großen Reaktionsgas-

tin-Ofcns mit Erfolg eingesetzt worden. Ein runder durchsatzcs, z.B. große Sauerstoffmengen durch die

Kern mit groOcm Durchmesser hatte in diesem Schmelze zu blasen, die erforderlichen Voraussetzung

speziellen Fall, wegen der geringen Badtiefe in diesem gen, um mit einer sehr geringen Anzahl von Düsen in

Hcrdfrischgcfttß, zu Schwierigkeiten geführt. 55 einem Schmelz· bzw. FrischgefäO auszukommen. In Der Düsenkern wird normalerweise nicht von vielen betrieblichen Anwendungsfällon genügen bereits Medien durchströmt. Bei der Ausführung aus feucrfe· zwei Düsen. Damit ergibt sich ein einfacher Weg zur

stcn Massen oder gebrannten Formkörpern hat sich Einzetübcrwachung der Schutzmedienversorgung für

eine Durchströmung mit geringen Schutzmedlummen· die Düsen nach der Erfindung, und somit wird ihre

gen bewährt. Es liegt aber im Sinne der Erfindung, In 60 Betriebssicherheit auf ein maximum gesteigert. Für die

dem Kern von Fall zu Fall Kanüle, vorzugsweise in Betriebspraxis bedeutet dies, daß die Düsen mit sehr

Form von Bohrungen, einzubringen, um dadurch hoher Wahrscheinlichkeit ohne Störungen während der

beispielsweise, zur metallurgischen Beeinflussung der gesamten Oefäßrclee arbeiten, z. B. wurden in einen

Schmelze, Flüssigkelten oder Oase einzuleiten. Zum 60-t-Konverter je zwei der erfindungsgemäßen Düsen Beispiel hat es sich bewahrt, brennbare Feststoffe mit 6s wahrend 10 Gcfäßruleen ohne betriebliche Störung Inertgas durch einen oder mehrere Kanäle Im Kern der eingesetzt,

erfindungsgemäßen Düse In die Schmelze zu leiten. Der Ztiführungskanal für das Reaktionsgas, der im

Weiterhin befindet «Ich häufig Im Kern ein Kanal, Querschnitt ein Rlngspalt 1st oder eine rlngspaltähnliche

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Form aufweist wird bei der erfindungsgemäßen Düse Schutzmedienversorgung umschließt, verschiebbar anvon einem in seiner Breite kleineren Ringspalt umgeben, zuordnen. Dieser zweite äußere Ringspalt kann durch den das Schutzmedium eingeleitet wird. Dieser ebenfalls mit geringen Mengen von Schutzmedien, z. B. Schutzmedienringspalt kann in einzelne Kanäle unter- Kohlenwasserstoffen und anderen Gasen oder Flussigschiedlicher Querschnittsformen, z. B. halbkreisförmig, 5 keiten, durchströmt werden. Er kann aber auch ohne unterteilt sein. Durch diese Aufgliederung des Schutz- Medienbeaufschlagung bleiben. Dieser zusätzliche medienringspaltes in Einzelkanäle erreicht man eine Ringspalt ermöglicht es, im Bedarfsfall den gesamten gleichmäßigere Verteilung des Schutzmediums um das funktionswichtigen Teil der Düse auszutauschen. Reaktionsgas. Gleichzeitig wird der gesamte Aufbau Eine weitere besondere Ausführungsform der Düse der erfindungsgemäßen Düse mechanisch stabiler. Ein io im Sinne der Erfindung besteht darin, den Kern der Schritt, der im Sinne der Erfindung zur Erhöhung der Düse über seine gesamte Länge sich konisch öffnend zur betrieblichen Sicherheit der Düse liegt. Düsenmündung hin, auszuführen. Die Ringspalte fur Ein weiterer Ringspalt für die Schutzmediumzugabe Schutzmedien- und Reaktionsgasversorgung umgeben an der Innenseite des Reaktionsgaskanals, ist ebenfalls den Kern ebenfalls konisch. Mit dieser besonderen im Sinne dieser Erfindung. Der innenliegende Schutz- 15 Ausführungsform der Düse läßt sich ein ähnlicher Effekt medienringspalt ist dem außenliegenden in Form und erzielen wie mit der Drallüberlagerung auf den Breite ähnlich. Selbstverständlich kann bei einer Düse Reaktionsgasstrom, d. h. die durchsetzbaren Reaktionsder äußere Schutzmedienringspalt in Einzelkanäle gasmengen können bei sonst vergleichbaren Bcdingununterteilt sein, während der innere diese Unterteilung gen gegenüber einer zylindrischen Anordnung der nicht aufweist oder umgekehrt. Die erfindungsgemäße 20 Zuführungskanäle gesteigert werden, ohne das Metall-Düse erfüllt ihre Funktion auch ohne inneren Ringspalt, bad zu durchblasen. Der mechanische Aufbau dieser jedoch ist der innere Schutzmedienringspalt sinnvoll, Düse ist relativ aufwendig gegenüber den beschncbeinsbesondere wenn die Düse zu bestimmten Zeiten als nen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Düse. Brenner verwendet wird. Der größere Querschnitt, der Selbstverständlich liegt auch eine Kombination der damit für die Durchströmung mit brennbaren Gasen 25 konischen Düsenform mit entsprechenden Dralleinbau- und/oder Flüssigkeiten, z. B. Kohlenwasserstoffen, zur ten im Sinne der Erfindung.

Verfügung steht, erlaubt dann ohne besonderen Den errindungsgemäßcn Schritten ist weiterhin der

technischen Aufwand eine Steigerung der Brennstoff- geneigte Einbau der Düsen zur Beeinflussung der

menge bis zum stöchiometrischen Verhältnis, bezogen Badbewegung im Schmelz- bzw. Fnschgcfäß zuziirech-

auf den Sauerstoff. Als Brenner wird die crfindungsge- 30 nen. Durch die schräge Anordnung der Düse läßt sich

mäße Düse beispielsweise während der Aufheizzeit des der Austrittswinkel für das Rcaklionsgas vor der

Konverters und zum Vorheizen von Schrott verwendet. Düsenmündung, in bezug auf die Düsenaustnttsflachc, in

Beim Frischen von Metallen hat sich als Schutzmedi- weiten Grenzen und in jeder beliebigen Richtung

um insbesondere der Einsatz von gasförmigen und verändern, z. B. hat es sich in einem 40-t-Konvcrter, in

flüssigen Kohlenwasserstoffen bewährt. Normalerweise 35 dessen Boden zwei der erfindungsgemäßen Düsen

beträgt beim Einsatz der Düse zum Frischen von Metall eingebaut sind, als günstig herausgestellt, diese Düsen

die Kohlcnwasscrstoffmcnge, bezogen auf den Sauer- um ca. 20°, in bezug auf die Längsachse des Konverters

stoff, maximal bis zu 10 Gcw.-%. Diese Angabe ist aber geneigt einzubauen, um damit der Schmelze einen

nicht als endgültige Obcrgrcnzc zu werten, sondern Drehimpuls zu induzieren. Die Rotation des Mctallbakann unter bestimmten Bedingungen deutlich über- 40 des hat sich günstig auf das Blasvcrhaltcn des

schritten werden. Konverters ausgewirkt. Spritzer und unerwünschte

Als Schutzmedium für das Rcaklionsgas in der Badbewegungen sind weitgehend unterdrückt worden.

crfindiingsgemaßcn Düse, können beispielsweise auch Als Materialien für die Fertigung der Düse haben sich

Kohlendioxid Wasserdampf, Inertgas und andere Gase, insbesondere Edelstahle als Wandmatcrial für den sowie Mischungen davon, eingesetzt werden. Wird 45 Rcuktionsgasringspult bewährt, du durch die beststofr-

jcdoch die crfindungsgcmiißc Düse zum Frischen von bcladung beim Frischen mit Sauerstoff cm abrassiyer

Metall verwendet, so ist die Sehutzmediummcngc bei Angriff auf die Wände dieses Ringspaltcs erfolgt.

Verwendung von Kohlendioxid, Wasserdampf oder Edelstahle, mit ungefähr folgender Zusammensetzung,

Inertgas ganz erheblich über die Werte beim Einsatz verschleißen auch bei extrem lunger Einsnt/.zcit nicht so von Kohlenwasserstoff hinaufzusetzen, beispielsweise 50 stnrk, duB ein Durchbruch einer Düscnwandung

ist mindestens mit 40% der nichtkohlcnwusscrstoffcnt- befürchtet werden muß: C cu. 0,2 bis 1,2%. Cr cu. -> bis

hüllenden Schutzmcdien. bezogen nuf den Sauerstoff, zu 30%, zusätzliche Gehaitc nn Ni, Mn. Si können in weiten

arbeiten. Normalerweise bedeutet dies für Metiill- Grenzen sehwunken.

Frischnrozesse eine deutliche Verschlechterung der Andere Mctullc, nuch Edelstahle, werden un der warm'ebllnnz, die sich in geringeren Kühlschrottsatzen 55 Oberfläche zu dem Ringspalt, in dem dos Rouktonsgns,

2cig_t, beispielsweise die Sauersloff-Fcststoff-Suspcnsion, ge·

Für bestimmte metallurgische Arbeiten In den fördert wird, mit verschlcißhcmmcndcn Schichten Schmelz· und FrischgefttOon mit der Düse ist jedoch der versehen. Es haben sich dafür Aufspritzungcn aus

Einsatz nlchtkohlenwasseretoffenthaitcnder Schutzme· Sintermetall, Metallkeramik, Keramlkaufschlttmmun· dien sinnvoll. Es kann auch im Sinne metallurgischer «0 gen oder Keramikschutzrohre sowie Vorchromungcn

Verfahrensweisen liegen, z. B. in bestimmten Phasen bewährt.

von Metitll-Frlschprozcsjen, die gesamte Düse, d. h. Die Versorgung mehrerer Düsen nach der Erfindung

auch den Reoktlonsgaseinloitungsquerschnitt. für die mit Reaktionsgas ohne oder mit Beladung von

Zufuhr von Inertgas, Kohlendloxid und Wasserdampf Feststoffen, erfolgt durch eine Hauptzuführungeleitung, teilweise oder ganz einzusetzen. ⁶* von der aus, über einen zwlschengeschaltoten Kalkver·

Weiterhin hat es sich In der Praxis als günstig teiler, zu jeder der In dem feuerfesten Material

herausgestellt, die gesamte DUsenelnrlchtung In einem eingebauten Düsen. Der Kalkvertellor übernimmt die

weiteren Ringspalt, der den Ringspalt für die äußere Funktion, die Reaktlonsgas-Foststoff-Suspension

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gleichmäßig auf die einzelnen Düsen zu verteilen. Frischgas dringt z. B. beim Ausfall der Frischgasversor-Sobald nur noch zwei Düsen in einem Frischgefäß gung sofort Stahl tief in das Zuführungsrohr ein, eingesetzt werden, kann der Kalkverteiler durch eine verschließt es, und diese Düse wird damit praktisch entsprechende Rohrführung ersetzt werden. In wenigen unbrauchbar. Bei der Düse nach der Erfindung, gelangt Fällen wird die Zuführung der Kohlenwasserstoffe s flüssige Schmelze, aufgrund verstärkter Wärmeabfuhr, ebenfalls von einer Sammelleitung zu den einzelnen nur in den Oberflächenbereich des Reaktionsgasring-Düsen durchgeführt, spaltcs bei Störungen in der Reaktionsgasversorgung

Bei der relativ geringen Anzahl der Düsen in den und führt nicht zum Ausfall der Düse, da mindestens

Schmelz- bzw. Frischgefäßen, hat sich die Einzelzufüh- Teilbereiche des Ringspaltquerschnittes stets frei

rung der Schutzmedien zu jeder Düse, mit Messung und io bleiben.

Regelung, als sehr vorteilhaft erwiesen. Bei Düsen mit Die in F i g. 2 im Schnitt dargestellte Düse zeigt dieser individuellen Regelung der Kohlenwasserstoff- prinzipiell einen ähnlichen Aufbau wie die Düse in menge, ist es in der betrieblichen Praxis nicht mehr zum Fig. !,jedoch befinden sich im Reaktionsgaszugabeunerwünschten Zurückbrennen der Düsen gekommen. ringspalt 11 dieser Düseneinrichtung Einbauten 12, die Weiterhin ist es möglich, den Düsenabbrand sehr genau 15 der Reaktionsgasströmung einen Drall überlagern. Der zu kontrollieren und ihn auf den Abbrand des Kern 13 dieser Düseneinrichtung besteht aus Edelstahl umgebenden feuerfesten Mauerwerks sicher einzustel- dergleichen Zusammensetzung wie das Rohr 14. len. Als weiterer Vorteil der Schutzmedieneinzelrege- Die Fig.3 zeigt den Schnitt durch eine der Fig.2 lung für jede Düse, ergab sich ein deutlich geringerer ähnlichen Düse. Der Ringspalt 15 und 16 ist hier in Form Verbrauch von Schutzmedium. Bei dem Einsatz von 20 von einer Vielzahl kleiner Kanäle ausgeführt. Das Rohr Kohlenwasserstoffen genügte die halbe Menge gegen- i7 besteht in diesem Beispiel aus Kupfer und trägt eine über den bekannten Doppelrohr-Düsen ohne Einzelre- Oberflächenschicht 18, aus aufgespritztem, verschleißfegelung. stern Metallpulver. Die Oberfläche des Edelstahlrohres

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeich- 19 ist zum Reaktionsgaszuführungsringspalt 20 hin

nungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. 25 verchromt 21 oder mit Metallpulver bzw. oxidkerami-

F i g. 1 der Längsschnitt durch einen Teilbereich der sehen Pulvern, die mit Hilfe von Spezialbrennern

erfindungsgemäßen Düse, aufgetragen werden, verschleißfest gemacht. Mit 25 ist

F i g. 2 der Längsschnitt durch einen Teil der Düse mit das wendeiförmige Führungselement zur Drallerzeu-

Führungselementen für die Drall-Überlagerung auf die gung bezeichnet. Die Rohre 17 und 23 können auf die

Reaktionsgas-Feststoff-Suspension, 30 Düsenrohre 19 und 31 plattiert werden, so daß die

Fig. 3 die Draufsicht auf eine DUseneinrichtung Kühlwirkung des Reaktionsgases optimal genützt wird,

gemäß F i g. 2. Die gesamte DUseneinrichtung befindet sich in einem

In Fig. 1 ist eine Düse, gemüß der Erfindung, im weiteren, normalen Flußstahlrohr22,das zusammen mit

Längsschnitt dargestellt. Sie ist bis zum Stahlblech oder dem Rohr 23 den Ringspalt 24 formt. In diesem

Gußboden der Schmelz- oder Frischgefaßwand im 35 Ringspalt ist die Düseneinrichtung verschiebbar, d. h. im

feuerfesten Material 33 eingebettet. Außerhalb der Bedarfsfall besteht die Möglichkeit, den für die Funktion

Einbettung befinden sich die Montageflanschc und wichtigen, inneren Düsenaufbau komplett auszuwech-

Vcrsorgungsanschlüsse für die crfindungsgemiiße Düse. sein. Der Ringspalt 24 wird bei diesem Beispiel von

Zwischen dem äußeren üblichen FluBstuhlrohr 1 und Kohlenwasserstoffen durchströmt. Es ist jedoch auch in

dem Edclstahlrohr 2 mit folgenden Hauptlcgicrungsele- 40 der Praxis ohne Durchströmung oder mit einer Füllung

mcntcn, C ca. 0,5%, Cr ca. 18%, Ni ca. 8%, befindet sich von keramischem Pulver mit gleichem Erfolg gearbeitet

der Ringspalt 3 für die Zugabe von Schutzmedium, worden.

bevorzugt von Kohlenwasserstoffen. Das zweite Edel- In dem Kern 26 sind neben dem Kanal 27, der die

Stahlrohr 4 formt zusammen mit dem Rohr 2 den Meßeinrichtung 28 für die Düscnlangc aufnimmt, noch

Ringspalt 5 für die Zugabc der Rcuktionsgusc, mit oder 45 zwei weitere Bohrungen 29 und 30 untergebracht. Die

ohne Feststoff-Beladung. Das Edclstuhlrohr 4 formt Kanille 29 und 30 werden aus einem Edelstahl gleicher

zusammen mit dem inneren Kupferrohr 6 den Zusammensetzung wie das Rohr 19 geformt. Diese

Innenringspalt 7. Der Dtlsenkern 8 besteht aus einer Kanüle 29 und 30 dienen dazu, Feststoffe, die sich nicht

MgO-rcichcn feuerfesten Gießmasse. Im Zentrum der zur Beladung des Frischgiisstroines in Kanal 20 eignen,

Düse ist ein normales FluOstühlrohr 9 ungeordnet, das so in die Schmelze zu fordern.

einen Meßstab 10 zur Bestimmung der DOscnlllngc Beispielsweise können dies Lugicrungsclcmcntc, wie

aufnimmt. Aluminium, Silizium und Kohle, sein, die mit einem

Der gesamte Düsenaufbau ist mechanisch sehr stabil Inertgas, beispielsweise Stickstoff, durch die Kanäle 29

- dies ist ein Gesichtspunkt, der Im Sinne der Erfindung und 30 gefördert werden. Um die Kanäle wahrend der

liegt, um mögliche Beschädigungen durch schwere 55 Frischperiode frei zu halten, werden sie z. B. mit

Schrottstücke in der Schmelze praktisch unmöglich zu geringen Mengen von Schutzmedium, beispielsweise

machen. Kommt es trotzdem zu Beschädigungen durch Brdgas, Propan, Butan oder Heizöl freigehalten. Es hat

schwere Schrottstücke an der Mündung der erflndungs· sich auch als vorteilhaft erwiesen, gegen Ende des

gemäßen Düse, so wird sie nie vollkommen versohlos· Prlschprozesses, in der Periode sehr geringer Badbewe·

sen. Es bleiben stets Teilbereiche des Kanals S offen, und to gung, durch die Kanäle 29 und 30 ein Oas zur Erzeugung

damit vet meldet man die Bildung von Gemischen aus einer Rührwirkung In das FrlschgefäO einzuleiten,

Schutzmedium und Reaktionsgas In den Düsenkanälen, beispielsweise kommen dafür Stickstoff, Kohlendloxid, Darüber hinaus besteht ein weiterer Vorzug der Wasserdampf und Inertgase infrage,

erflndungsgemäDen Düse darin, daß bei Störungen In Als nichteinschränkendes oder in Irgendeiner Form

der Versorgung der Düse mti den gasförmigen und/oder «5 begrenzendes Beispiel für den Einsatz der erflndungsie-

flüssigen Medien, die Punktionsfähigkeit der Düse mäßen Düse, wird nachfolgend ein Beispiel für den

praktisch nicht beeinträchtigt wird. Bei den bekannten Frischvorgang einer Rohelsenschmelze mit Schrottzu·

Düsen mit kreisförmigem Blasquerschnltt für das satz In einem 130-t-Konverter beschrieben. Der

Konverter besitzt ein offenes Abstichloch und hat eine gedrungene, in grober Annäherung kugelförmige Gestalt mit einem Volumen nach Neuzustellung von ca. 100 m^J. entsprechend einem spezifischen Konvertervolumen von ca. 0,65 m Vt Stahl.

In dem aus Dolomit bestehenden Konverterboden sind zwei der erfindungsgemäßen Düsen eingebaut, die in ihrer Konstruktion der in F i g. 3 dargestellten Form ähnlich sind.

Die funktionswichtige Düse ist in einem äußeren Rohr 22 verschiebbar, d. h. auch auswechselbar, untergebracht. Das Rohr 22 hat einen Innendurchmesser von 350 mm und eine Wandstärke von 4 mm, es besteht aus normalem Kohlenstoffstahl. Der Ringspalt 24 ist ca. 0,5 mm breit. Das Rohr 23 besteht ebenfalls aus normalem Kohlenstoffstahl und hat einen lichten Durchmesser von 340 mm und eine Wandstärke von 4 mm. Das Rohr 23 formt zusammen mit dem Rohr 19 den wichtigen Schutzmedienringspalt 15, der in diesem Fall aus kreisabschnittförmigen Einzelkanälen besteht. Die Anzahl der Kanäle auf den Umfang beträgt ca. 100 Stück, ihre Abmessungen: Stichhöhe ca. 1 mm. Breite ca. 4 mm. Das Rohr 19 besteht aus Edelstahl folgender Zusammensetzung: C 0,4%, Cr 13%.

Durch den Ringspalt 20, der eine Breite von 7 mm hat, wird die Reaktionsgas-Feststoff-Suspension, in diesem Fall Sauerstoff mit Kalkbeladung, geleitet. Das innere, diesen Ringspalt formende, Rohr 17 besieht aus Kupfer. Die Oberflächenschicht zum Reaktionsgas-Ringspalt ist am Rohr 19 hartverchromt und am Rohr 17 mit einer verschleißfesten Metallauflage in einer Schichtdicke von 1 mm versehen. Der innere Ringspalt 16 ist ähnlich aufgebaut wie der äußere 15. Das den inneren Ringspalt mit formende Rohr 31 besteht aus dem gleichen Material wie das Rohr 19. Das Rohr 31 hat einen lichten Durchmesser von 300 mm, und eine Wandstärke von 4 mm. Der Kern im Inneren des Rohres 31 besteht aus einer chemisch abbindenden MgO-Stampfmasse.

Durch den Ringspalt 15 strömen während des Frischprozesses ca. 500 NmVh Propan je Düse. Der Ringspalt 16 wird ebenfalls mit 250 NmVk Propan je Düse beaufschlagt. Durch den Reaktionsgas-Feststoffsuspension-Ringspalt 20, der ungefähr zu ²/io mit der drallerzeugenden Wendel 25 ausgefüllt ist, strömen während des Frischprozesses 24 000 NmVh Sauerstoff je Düse, der mit maximal 6 kg Kalk/m^J Sauerstoff beladen wird.

Insgesamt werden der Schmelze durch die beiden Düsen während einer Frischzeit von ca. 12 Minuten 7500 Nm* Sauerstoff und 9000 kg Kalk zugeführt.

Die beiden erfindungsgemäßen Düsen sind in einem Abstand von 2500 mm vom Bodenzentrum entfernt, auf dem Bodendurchmesser unterhalb der Kippachse des Konverters, angeordnet. Die Düsen sind in gleicher Drehrichtung um ca. 20" gegenüber der Konverterlängsachse, in Richtung der Bodentangente, geneigt eingebaut. Durch diese Einbaulage, der erfindungsgernäßen Düsen, wird der Schmelze ein Drehimpuls induziert, der sich günstig auf das Blasverhalten auswirkt.

Eingesetzt werden in den Konverter !2Ot Roheisen der Zusammensetzung C 4,1%, Si 0,9%, Mn 0,8%, P 0,15%, S 0,05%, Temperatur ca. 1250⁰C. Bevor das Roheisen in den Konverter gefüllt wird, sind 451 Schrott ca. 1,5 min mit den erfindungsgemäßen Düsen vorgesetzt worden. Der Propansatz betrug dabei 4000 NmVh und der Sauerstoffdurchsatz 30 000 NmVh. Nach dem Vorheizen hatte der Schrott eine mittlere Temperatur von ca. 400⁰C. Nach der angegebenen Frischzeit von 12 Minuten hat der Stahl folgende Fertiganalysc: C 0,04%, Mn 0,3%, P 0,008%, S 0,02%, Nj 0,002%, H₂ 0,0003%, die Temperatur der Schmelze betrug beim Abstich 1620⁰C.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Düse zum Einleiten von Reaktionsgas, hauptsächlich oxidierendem Gas, z. B. Sauerstoff, mit und ohne Beladung von Feststoffen, z. B. Kalk, in Schmelz- und Frischgefäße für Metalle, wobei die Düse in der feuerfesten Ausmauerung der Gefäße eingebaut ist und gleichmäßig damit zurückbrennt, sowie zur Vermeidung von Reaktionen zwischen Düsenmaterial und dem Frischgas, ein gasförmiges und/oder flüssiges Schutzmedium, getrennt vom Reaktionsgas, der Düse zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Reaktionsgaseinleitungskanals der Düse, ein vom Reaktionsgas nicht durchströmter Kern vorhanden ist und im Düsenquerschnitt der Zuführungskanal für das Reaktionsgas ein Ringspa/t ist oder eine ringspaltähnliche Form aufweist.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser, des vom Reaktionsgas nicht durchströmten Kernes der Düse, mindestens dem lOfachen Wert der Ringspallbreite entspricht.

3. Düse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus feuerfestem Material, auf der Basis von Magnesit, Dolomit, Tonerde, Schamotte und Mischungen davon besteht.

4. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus Stahl, Edelstahl oder Kupfer besteht.

5. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus Metallkeramik, Cermets oder schmelzflüssig gegossenem, keramischem Material besteht.

6. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern einen oder mehrere Kanäle aufweist.

7. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal im Kern, vorzugsweise in dessen Mitte gelegen, eine Meß-Einrichtung zur Bestimmung der Düsenlänge aufnimmt.

8. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Reaktionsgas nicht durchströmte Kern der Düse. neben dem kreisförmigen Querschnitt ovale, vielekkige oder nichtsymmetrische kreisähnliche Formen hat.

9. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reaktionsgaseinleitungskanal Führungselemente angeordnet sind, um dem Reaktionsgas einen Drall zu verleihen.

10. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente wendel- oder schraubenförmig ausgebildet sind und ihr Steigungswinkel zwischen 10 bis 70° beträgt.

11. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel für die Führungselemente über die Düsenlänge variiert.

12. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 !,dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente im Reaktionsgaskanal Vio bis ⁸/io der Kanalquerschnittsfläche einnehmen.

13. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einleiiungsspalt für das Reaktionsgas in der feuerfesten Ausmauerung schraubenförmig eingebaut ist.

14. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsgaskanal, beispielsweise für die Zuführung eines oxidierenden Gases mit und ohne Feststoffbeladung, ein- und/oder beidseitig von einem oder mehreren Ringspalten mit kleinerer Breite gegenüber dem Reaktionsgaskanal, für die Zugabe von Schutzmedien umgeben ist.

15. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Schutzmedienringspalte in Einzelkanäie unterteilt sind.

16. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der innere, funklionswjchtige Düsenteil in dem äußeren Schutzmediumringspalt verschiebbar, gegebenenfalls auswechselbar, angeordnet ist.

17. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsgaskanal und die Ringspalte sowie die Kanäle im Kern, jeder einen eigenen Medienversorgungsanschluß aufweist.

18. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Medienversorgungsanschlüsse der Düsenkanäle bzw. Ringspalte in beliebigen Gruppen zusammengefaßt werden.

19. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die den Frischgasringspalt begrenzenden Wände aus Edelstahl oder Kupfer gefertigt sind.

20. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Düsen im Schmelz- oder Frischgefäß geneigt, in bezug auf die Konverterachse, eingebaut sind.

21. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen, der den Frischgasringspalt begrenzenden Wände bzw. der für den Feststoff-Transport benutzten Düsenkanäle, mit einer verschleißhemmenden Schicht aus Sintermetall, Metallkeramik, Keramikrohren, Keramik oder Verchromungen, versehen sind.

22. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung mehrerer Düsen in einem Schmelzoder Frischgefäß die Versorgung mit Reaktionsgas, mit und ohne Feststoffbeladung, von einer gemeinsamen Versorgungsleitung, mit oder ohne zwischengeschaltetem Feststoff-Verteiler, erfolgt und die Regelung der Schutzmedien individuell für jede Düse vorgenommen wird.