DE2757512C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Blasdüse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4 angegebenen Art.

Es ist bekannt, die Blasdüsen gegen den Hitzeverschleiß mittels einer Umfangseinführung eines flüssigen oder gas­ förmigen Schutzfluids rings um das Hauptraffinierfluid, das reiner Sauerstoff sein kann, zu schützen.

Die Erfindung bezieht sich nur auf die durch eine Flüssig­ keit geschützten Blasdüsen. Eine solche Schutzflüssigkeit kann aus Wasser, flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Heizöl oder flüssigem Butan, aus flüssigem Kohlendioxid, aus einem Gemisch verschiedener Flüssigkeiten, aus einer Emulsion usw. bestehen. Die Erfindung ist bei jeder Art von Schutzflüssigkeit anwendbar. Ihre Verwendung ist für Düsen mit zwei oder drei oder auch mehr Rohren gegeben.

In der älteren DE-PS 27 14 131 ist ein Verfahren zum Schutz der Düsen zum Blasen von reinem Sauerstoff durch einen Stahlwerkskonverterboden durch Variieren des Durch­ satzes einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Umfangs­ schutzflüssigkeit beim Frischen flüssigen Roheisens zu Stahl vorgeschlagen worden, das sich dadurch kennzeichnet, daß man eine Durchsatzregulierung in drei Phasen durch­ führt, wovon die erste Phase vom Beginn des Frischens bis zu einem Kohlenstoffgehalt des Metallbades von 0,3 bis 0,7% reicht und einen verminderten Schutzflüssigkeits­ durchsatz DR=0,4-0,6 DN aufweist, die zweite Phase anschließend bis zum Blasen von 90-95% des gesamten zum völligen Frischen des Metallbades erforderlichen Sauer­ stoffvolumens reicht und einen Schutzflüssigkeitsdurchsatz DN aufweist und die dritte oder Endphase von 90-95% zu 100% des gesamten erforderlichen Sauerstoffvolumens reicht und einen erhöhten Schutzflüssigkeitsdurchsatz DE=1,5-2 DN aufweist, wobei die Defination des Durch­ satzes DN als Durchsatz zwischen 0,08 und 0,15 l/min je cm des mittleren Umfangs des Durchlaßquerschnitts der Schutz­ flüssigkeit in jeder der Düsen gilt, und daß bei Kalk­ staubkonzentration im Sauerstoff über 3 kg/Nm³ Sauerstoff oder Kalksteinstaubkonzentrationen im Sauerstoff über 1,5 kg/Nm³ Sauerstoff der Schutzflüssigkeitsdurchsatz jeder der drei Phasen als lineare Funktion des Staubkonzen­ trationsüberschusses im Sauerstoff gegenüber dem einen bzw. anderen der genannten Werte nach einem derartigen Änderungsgesetz verringert wird, daß bei einer im Ver­ gleich mit diesen Werten doppelten Staubkonzentration der Schutzflüssigkeitsdurchsatz auf die Hälfte vermindert wird. Dabei ist vorgesehen, daß der Durchsatz DN der Schutzflüssigkeit für einen Durchlaßquerschnitt der Schutzflüssigkeit in jeder Düse zwischen 0,6 und 5 mm² je cm des Umfanges zwischen 0,08 und 0,12 l/min je cm des Um­ fanges beträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Blasdüse der eingangs vorausgesetzten Art zu ent­ wickeln, womit eine äußerst erhebliche und in gewisser Hinsicht überraschende Verbesserung des Schutzgrades der Düse gegen ihren Verschleiß beim Heißbetrieb erzielt wird. Gleichzeitig ist ein verringerter Schutzflüssigkeitsver­ brauch gegenüber dem üblichen Verbrauch anzustreben.

Um die Bedeutung der Erfindung besser bewerten zu können, ist zweckmäßig auf die Größenordnung des üblichen Ver­ brauchs an Schutzflüssigkeit und der Düsenverschleißge­ schwindigkeiten hinzuweisen, die beispielsweise im Fall von reinen Sauerstoff in einem Stahlwerkskonverter blasen­ den und durch Umfangseinführung von Haushaltsheizöl geschützten Düsen bekannt ist. In diesen Düsen liegt der übliche Durchsatz an Heizöl im Bereich von 0,13 bis 0,15 l/min und je cm mittleren Umfangs des Heizöldurchlaßringes in jeder Düse. Es wird mit einem relativ niedrigen Druck im Bereich von 4 bis 8 bar eingeführt, da der Zwischenraum zwischen den beiden Rohren der Düse gewöhnlich eine Weite von etwa 1 bis 1,5 mm aufweist. Unter den üblichen Betriebsbedingungen liegt die Düsenverschleißgeschwindigkeit in der Größenordnung von 8 bis 10 mm/h Blasdauer beim Frischen von Roheisen zu Stahl.

Mit der Erfindung sind also, wie bereits erwähnt, gleich­ zeitig ein niedrigerer Schutzflüssigkeitsverbrauch und eine erheblich verzögerte Verschleißgeschwindigkeit der Blasdüsen und des feuerfesten Konverterbodens anzustreben.

Die genannte Abgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren bzw. der Blasdüse der im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 4 angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 4 gelöst.

In dem erfindungsgemäßen engen Durchlaßquerschnitt muß die Schutzflüssigkeit natürlich unter Berücksichtigung der starken Druckverluste mit einem ausreichend hohen Druck von wenigstens 15 bar und meistens mit erheblich höherem Druck in der Größenordnung von 30 bis 50 bar eingeblasen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2, 3, 5 und 6 gekennzeichnet.

Im besonderen Fall, wo die Schutzflüssigkeit flüssiges Kohlendioxid ist, wird vorgeschlagen, einen Druck in der Größenordnung von 30 bis 50 bar aufrechtzuerhalten und einen Durchsatz im Bereich von 0,09 bis 0,14 l/min/cm Umfang einzuhalten, wobei der hohe Druck dann unter anderem deshalb erforderlich ist, damit das Kohlendioxid in der Düse im flüssigen Zustand bleibt.

Falls das oxydierende Gas, das durch das Innenrohr jeder Düse strömt, reiner Sauerstoff ist, gelten die oben erwähnten Schutzflüssigkeitsdurchsätze für stromauf der Düse gemessene Sauerstoffdrücke von höchstens gleich 10 bar.

Für jeden effektiven Druck (p) an reinem Sauerstoff über 10 bar müssen die vorstehenden Schutzflüssigkeitsdurch­ satzwerte gemäß Patentanspruch 3 mit

multipliziert werden, und die Erhöhung des Durchsatzes muß durch Erhöhung des Einführungsdrucks der Schutzflüssigkeit und ohne Abänderung des Durchlaßquerschnitts der Schutzflüssig­ keit vorgenommen werden.

Diese Korrektur der Schutzflüssigkeitsdurchlaßregelung wird durch die Überhitzung der im Bad erzeugten Reaktions­ zone vor der betrachteten Düse durch einen besonders hohen Durchsatz an reinem Sauerstoff erforderlich.

Falls der reine Sauerstoff Pulver, beispielsweise Kalkpulver, in Suspension erhält, was im Metallbad einen gewissen Abkühleffekt ergibt, muß eine gewisse Korrektur des Schutzflüssigkeitsdurchsatzes in entgegengesetzter Richtung und als Funktion des Pulverdurchsatzes vorgenommen werden.

Wie man aus vorstehenden Angaben ersieht, besteht das erfindungs­ gemäße Verfahren im wesentlichen darin, die Schutzflüssigkeit unter starkem Druck in einen sehr geringen Durchlaßquerschnitt einzuführen. Der starke Druck sichert eine sehr gute Verteilung der Schutzflüssigkeit und damit des Massenkühleffekts über den ganzen Umfang der Düse, während der sehr geringe Durch­ laßquerschnitt einen Durchsatz und damit einen Verbrauch an Flüssigkeit sichert, die niedrig sind.

Der überraschende Effekt ist, daß, wenn der Druck des Schutzfluids ausreichend hoch ist, die Wirkung einer guten Verteilung des Schutzes um den zentralen Strahl des oxydierenden Gases gegenüber der Gesamtkühlwirkung vorzuherrschen scheint. Dies war nicht ohne weiteres vorauszusehen, und man benötigte umfangreiche Versuche, um dieses überraschende Ergebnis eines besseren Schutzes der Düse mit einem geringeren Verbrauch an Schutzflüssigkeit zu erzielen.

Diese ausgezeichneten Ergebnisse werden nur mit sehr geringen Durchlaßquerschnitten, z. B. mit einem Schutzflüssigkeits­ durchlaßring erreicht, dessen Weite in der Größenordnung eines Zehntelmillimeters oder manchmal sogar noch weniger ist, d. h. man wendet Durchlaßquerschnitte der Flüssigkeit an, die 10 bis 15mal geringer als die üblichen Durchlaßquerschnitte der Düsen bekannter Art sind.

Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele von Düsen näher erläutert. Es handelt sich in den beiden Fällen um eine Düse aus zwei konzentrischen Rohren. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Viertel des Querschnitts einer Düse nach der ersten Ausführungsart in weit über 1 liegendem vergrößerten Maßstab;

Fig. 2 die geometrischen Merkmale einer Zentrierkante; und

Fig. 3 einen Querschnitt eines Teils einer zweiten Aus­ führungsart der Düse.

Nach Fig. 1 und 2 hat das innere Rohr 1 einen Innendurchmesser von 28 mm und einen Außendurchmesser von 38 mm.

Das äußere Rohr 2 hat einen Innendurchmesser von 38,2 mm und einen Außendurchmesser von 48 mm.

Das innere Rohr 1 ist im äußeren Rohr 2 mittels Kanten 3 zentriert, die sich als Flachrelief auf dem Innenrohr 1 befinden.

Der Gesamtdurchlaßquerschnitt der Schutzflüssigkeit besteht aus der Summe der Einzelabschnitte 4 zwischen den Kanten 3. Er beträgt hier etwa 11 mm². Er erstreckt sich über einen 12 cm langen Umfang der inneren Wand des äußeren Rohres 2. Die Länge der Düse beträgt 1010 mm.

Die Zentrierkanten 3 in Fig. 1 können verschiedene geometrische Merkmale aufweisen. Unter den besten sei das in Fig. 2 dargestellte Kantenprofil 3 genannt: Die Außenseite des inneren Rohres 1 weist unter regelmäßig verteilten Abständen Längskanten 3 auf, von denen in Fig. 2 im Querschnitt nur eine dargestellt ist: Es ist eine Auswölbung mit 0,6 mm Radius, 0,6 mm Breite und 0,1 mm Höhe. Der Abstand zweier benachbarter Kanten ist 11,9 mm, d. h. es gibt 10 gleiche Kanten auf dem Umfang mit 38 mm Durchmesser.

Eine zweite Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Düse, die als nicht beschränkendes Beispiel erwähnt wird, besteht darin, die Außenseite des inneren Rohres der Düse mit regel­ mäßig um den Umfang verteilten Längskanälen zu versehen. So können für ein Innenrohr mit einem Innendurchmesser von 28 mm und einem Außendurchmesser von 38 mm die Kanäle einen in Fig. 3 dargestellten Querschnitt aufweisen: In dieser Figur hat das Innenrohr 5 zum äußeren Rohr 6 ein maximales Spiel von 0,03 mm; dieses Innenrohr 5 ist mit Längskanälen 7 versehen, die eine Breite von 1,6 mm und eine Höhe von 0,15 mm aufweisen. Diese Kanäle weisen von Kanalmitte zu Kanalmitte Abstände von 2,38 mm auf, so daß das Rohr 5 mit 50 Kanälen 7 an seiner Außenseite versehen ist.

Zum Frischen des Roheisens kann eine Düse gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsarten beispielsweise folgender­ maßen funktionieren, was das Einführen der Schutzflüssigkeit betrifft:

• 1) Vom Beginn des Frischens an bis zu einem Kohlenstoffgehalt des Metallbades in der Größenordnung von 0,500% ist der Einführungsdruck der Schutzflüssigkeit 29 bar, und der Durchsatz ist 0,054 l/min je 1 cm Umfang, d. h.: 0,054×12=0,65 l/min für jede Düse.
• 2) Unter einem Kohlenstoffgehalt des Bades von 0,500% und bis zum Ende des Frischens ist der Einführungsdruck der Flüssigkeit 44 bar, und der Flüssigkeitsdurchsatz ist 0,083 l/min und je 1 cm des Umfanges, d. h.: 0,083×12=1 l/min für jede Düse.

Für ein Blasen von 9 min in der ersten Stufe und 3 min in der zweiten Stufe ist der Flüssigkeitsverbrauch je Düse:
0,65×9+1×3=5,85+3=8,85 l gegenüber 0,9×9+1,6×3=8,1+4,8=12,9 l für eine Düse bekannter Art und gleicher Abmessung.

Im Flüssigkeitsverbrauch ist der Gewinn mithin 12,9-8,85=4,05 l je Düse, d. h. =31%.

Dies sit ein erster sich aus dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren ergebender Vorteil. Jedoch der wesentliche Vorteil ist, daß die Düsenverschleißgeschwindigkeit erheblich verringert ist und die Haltbarkeit der Düsen und der Böden des Konverters erheblich verbessert wird, was in bestimmten Fällen das Erreichen einer Haltbarkeit des Bodens gleich derjenigen der seitlichen Auskleidung des Konversters ermöglicht.

Die Erfindung ist besonders auf das Frischen der Stähle anwendbar, doch läßt sie sich auch auf das Raffinieren der Ferrolegierungen und der Steine von Nichteisenmetallen anwenden.

Unter Berücksichtigung der verringerten Schutzflüssigkeits­ durchlaßquerschnitte gemäß der Erfindung wird zusätzlich vorgeschlagen, einen Druck eines Spülgases, das beispielsweise Stickstoff sein kann, von wenigstens 10 bar in den verringerten Querschnitten als Ersatz für die Schutzflüssigkeit in den Zeitabschnitten, wo die letztere nicht verwendet wird, z. B. zwischen zwei aufeinanderfolgenden metallurgischen Vorgängen einzusetzen, wenn das Hauptraffinierfluid, das reiner Sauerstoff sein kann, gesperrt ist.

Claims (6)

1. Verfahren zum Verschleißschutz einer aus zwei oder mehr konzentrischen Rohren aufgebauten Blasdüse zum Raffinieren von Metallschmelzen, die mit Metallschmelze bedeckt ist und deren inneres Rohr mit einem oxydierenden Gas, das reiner Sauerstoff sein kann, und deren Umfangsdüse mit einem Schutzmittel im flüssigen Zustand gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgenommen bei einer Durchsatzregulierung einer Kohlen­ wasserstoffe enthaltenden Umfangsschutzflüssigkeit in drei Phasen mit 0,4- bis 0,6fachem oder 1fachem oder 1,5- bis 2fachem Normaldurchsatz zum Frischen von Roh­ eisen, der Durchlaßquerschnitt für die Schutzflüssigkeit in der Düse auf höchstens 2 mm² je 1 cm des Innenumfangs des äußeren Rohres der Düse eingestellt wird und der so je 1 cm dieses Innenumfangs an der Stelle des Durchlaßquerschnitts der Schutz­ flüssigkeit eingeführte Flüssigkeitsdurchsatz im Bereich von 0,05 bis 0,14 l/min reguliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Frischen der Stähle im bodenblasenden Konverter, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzflüssigkeitsdurchsatz vom Beginn des Frischens bis zu einem Kohlenstoffgehalt des Metallbades in der Größenordnung von 0,500% im Bereich von 0,05 bis 0,06 l/min und je 1 cm des Innenumfanges des äußeren Rohres reguliert wird, während dieser Schutzflüssigkeitsdurchsatz anschließend bei weniger als 0,500% Kohlenstoff im Metallbad im Bereich von 0,08 bis 0,14 l/min und je 1 cm des Innenumfanges des äußeren Rohres reguliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Betrieb mit kein Pulver in Suspension enthaltendem reinem Sauerstoff als das innere Rohr durchströmendes oxydierendes Gas, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden effektiven reinen Sauerstoffdruck (p) über 10 bar stromauf der Düse die Schutzflüssigkeitsdurchsatz­ werte im Bereich von l/min eingestellt werden.

4. Blasdüse zum Raffinieren von Metallschmelzen zur Durch­ führung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit wenigstens zwei konzentrischen Rohren, wovon das äußere Rohr mit einem Schutzmittel im flüssigen Zustand gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtdurchlaßquerschnitt der Schutzflüssigkeit, der aus einem zusammenhängenden Ring sehr geringer Breite oder auch aus einer Folge von kreisförmig angeordneten unterbrochenen Zonen (4) besteht, höchstens 2 mm² je 1 cm des Umfangs der inneren Wand des äußeren Rohres (2) der Düse beträgt.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtdurchlaßquerschnitt der Schutzflüssigkeit in der Düse im Bereich von 1,2 bis 0,6 mm² je 1 cm des Umfangs der inneren Wand des äußeren Rohres (2) der Düse liegt.

6. Düse nach Anspruch 4 oder 5, mit einem aus einer Folge von kreisförmig angeordneten unterbrochenen Zonen bestehenden Gesamtdurchlaßquerschnitt der Schutzflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die unterbrochenen Zonen als regelmäßig um den Außen­ umfang des inneren Rohres (5) der Düse verteilte Längs­ kanäle (7) ausgebildet sind.