DE2949801C2 - Umschaltventil für die Versorgung einer Düse an einem Strahlerzeugungskonverter mit Sauerstoff oder Brennstoff - Google Patents

Umschaltventil für die Versorgung einer Düse an einem Strahlerzeugungskonverter mit Sauerstoff oder Brennstoff

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DE2949801C2 DE19792949801 DE2949801A DE2949801C2 DE 2949801 C2 DE2949801 C2 DE 2949801C2 DE 19792949801 DE19792949801 DE 19792949801 DE 2949801 A DE2949801 A DE 2949801A DE 2949801 C2 DE2949801 C2 DE 2949801C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Umschaltventil für die Versorgung einer Düse an einem .Stahlerzeugungskon verter mit Sauerstoff oder Brennstoff, das es erlaubt, durch den Sauerstoffeinleitungskanal der Düse im Wechsel Brennstoff oder Sauerstoff zuzuführen, gemäß dem Verfahren nach der deutschen Patentanmeldung P 29 34 3337.
Fine Reihe von Vorschlägen und Erfindungen befassen sich damit, in eine Eisenschmelze Brennstoffe rur Verbesserung der Wärmebilanz einzuführen. Die Zielrichtung besteht in erster Linie dann, die zusätzliche Wärme zur Erhöhung der Schrotteinschmelzkapazität tu nutzen. Insbesondere bei der Erzeugung von Stahl aus festen Eisenträgern, wie beispielsweise Schrott, Pellets, Eisenschwamm u, ä, eisenhaltigen Rohstoffen, ohne oder mit relativ geringem Anteil von Schmelze, ist man auf die Zufuhr von Brennstoffen zum Ausgleich der Wärmebilanz angewiesen.
Demgemäß finden sich im Stand der Technik Vorschläge, Brennstoffe in ein Eisenbad einzuleiten. Hauptsächlich kommen Lanzen, die bis zur Badoberfläche geführt werden oder in die Schmelze eintauchen sowie spezielle Düsen, die unterhalb der Badoberfläche angeordnet sind, zur Anwendung. Die Lanzen erweisen sich in ihrer Handhabung als problematisch, insbesondere durch Rückbrand und Ansatzbildung. Wassergekühlte Lanzen führen darüber hinaus unerwünscht große Wärmemengen aus dem Konverterbereich ab. Die Düsen unterhalb der Badoberfläche erfordern während der brennstoff-förderfreien Perioden bei der Stahlerzeugung eine Medienversorgung, die den Blasquerschnitt freihält und sich nicht nachteilig auf die Stahlmetallurgie auswirkt
In der bislang nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 29 34 333.7 »Verfahren zum Einleiten gemahlener, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in eine Eisenschmelze«, wird ein Verfahren beschrieben, die bekannten Sauerstoffeinleitungsdüsen mit Schutzmediumummantelung unterhalb der Badoberfläche in einem Konverter im Wechsel mit kohlenstoffhaltigem
■?n Brennstoff oder mit Sauerstoff und umgekehrt zu beireiben. Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, zur Durchführung des Verfahrens nach der deutschen Patentanmeldung P 29 34 333.7, auf das Bezug genommen wird, eine Vorrichtung zu
2< entwickeln, die es ermöglicht, betriebssicher, d.h. störungsfrei über eine gesamte Konv^rterreise, die Zufuhr von Brennstolf oder Sauerstoff in dem gleichen Düsenkanal in beliebig häufigem Wechsel durchzuführen.
i" Die Erfindung lös*, diese Aufgabe dadurch, daß der vorhandene Druck im Sauerstoffversorgungssystem, d. h. der Sauerstoffvordruck, der normalerweise in der Größenordnung von 20 bar liegt, zur Ventilumschaltung dient, dieser Sauerstoffvordruck im Ventil selbst auf den
Jj Sauerstoffblasdruck der Düse (4) reduziert wird und der bewegliche Ventilkörper (5) bei anstehendem Sauerstoffvordruck nur den Sauerstofföffnungsquerschnitt (10) für die Düse (4) öffnet oder bei Verringerung des anstehenden Sauerstoffvordru;:kes u,n einen bestimmten. über eine Feder (13) einstellbaren Betrag von 0.5 bis 10 bar. vorzugsweise 2 bar. über dem .Sauerstoffblasdruck der Düse (4). nur den Brennstofföffnungsquerschnitt (6) zur Düse (4) freigibt.
Um betriebssicher die Umschaltung von Brennstoff auf Sauerstoff zu gewährleisten und insbesondere um Leitungen zu vermeiden, die von Brennstoff und Sauerstoff nacheinander durchströmt werden, wird das erfindungsgemäße Umschaltventil in unmittelbarer Nähe der Düse am Konverter, vorzugsweise in Baueinheit mit der Düse selbst, montiert. Das Umschaltventil ist bei der bevorzugten Ausführungsform direkt am Montageflansch der Düse angebracht.
Als Düsen werden normalerweise die bewährten Doppelrohrdüsen mit Schut/mediumummantplung ein gesetzt. Bei dieser Düsenausführiingsform strömt üblicherweise durch das /entralrohr der Sauerstoff Das erfindungsgemäße Umschaltventil erlaubt es. im Wech sei Sauerstoff oder Brennstoff dur^h diesen Duscnkanal. d. h. in diesem Fall dem zentralen Düsenrohr, zu leiten und beliebig oft von Brennstoff auf Sauerstoff umzuschalten, Zum Düsenschutz gegen Vorzeitiges Zurückbferirieri der Düse in der feuerfesten Ausmauerung, in der sie normalerweise eingebaut ist, strömt durch den Ringspalt zwischen dem inneren und einem Zweiten äußeren Düsenrohr ein Schutzmedium, Als Schutzmedium können Gase und/oder Flüssigkeiten eingesetzt werden, Bevorzugt kommen Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Erdgas, Propan, Butan, leichtes
Heizöl und andere öltypen infrage. Der Anteil an Kohlenwasserstoffen, bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz, ist gering und liegt zwischen 1 und 5 Gew.-°/o.
Die Anwendung des Umschaltventiles nach der Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Düsentyp beschränkt, sondern kann vielmehr für jede Einleitungsdüse im Konverterbereich zum Umschalten von sauerstoffhaltigen Medien auf Brennstoffe und/oder pneumatisch fcrderbare Güter herangezogen werden. Das Umschaltventil kann z. B. in Verbindung mit der sogenannten Ringschlitzdüse nach dem deutschen Patent 24 38 142 eingesetzt werden.
Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Umschaltventiles besteht darin, bestimmte Doppelrohrdüsen, z. B. zwei von insgesamt zehn, die im !Converterboden eines Sauerstoffdurchblaskonverters eingebaut sind, kurzzeitig mit Sauerstoff, dann über einen längeren Zeitraum von beispielsweise 8 Minuten mit einer Suspension aus pulverförmigen, kohlenstoffenthaltenden Brennstoffen und einem Trägergas zu betreiben und danach gegen Frischende, beispielsweise 5 Minuten, wieder mit Sauerstoff zu versorgen. Als kohlenstoffhaltige Brennstoffe haben sich Koks, Braunkoh'enkoks. Graphit, Kohle verschiedener Qualitäten und Mischungen davon im aufgemahlenen Zustand von 0 bis ca. 1 mm Korngröße bewährt. Die Umschaltventile haben sich als überaus betriebssicher herausgestellt, so ließen sich beispielsweise über 1000 Chargen die Ventile in der beschriebenen Betriebsweise ohne Störungen einsetzen.
Pneumatisch- oder elektrisch ansteuerbare Ventile zur Mediumumschaltung sind handelsüblich und werden vielfach eingesetzt. Jedoch erfordern die bekannten Ventile zur Umsteuerung eine zusätzliche Leitung für das Steuermedium. Beim Einbau der bekannten Ventile direkt an einem Stahlerzeugungskonverter entstehen Schwierigkeiten wegen der relativ hohen Umgebungstemperatur von bis zu ca. 300C und darüber hinaus durch die erforderliche Zuführung einer weiteren Steuerleitung. Diese Leitungen müssen über eine Drehdurchfünrung im Konverterdrehzapfen an den Konverter herangeführt werden.
Das erfindungsgemäße Umschaltventil vermeidet diese Nachteile, da das Anwendungsmedium im Konverter, nämlich Sauerstoff, direkt zur Ventilsteuerung benutzt wird. Ein zusätzliches Steuermedium bzw. eine elektrische Leitung entfällt darm;. Der Sauerstoff wird mit dem Netzdruck, d. h. dem Vordruck, bis an das Umschaltventil herangeführt. Der volle Sauerstoffvordruck. normalerweise liegt dieser in der Größenordnung von 20 bar. wird im Ventil zur Steuerung des beweglichen Ventilkorpers genutzt. Selbstverständlich sind auch andere Druckwerte, abhängig vom Sauerstoffversorgungssystem, geeignet.
Der .Sauerstoffdruck wirkt im Ventil auf einen beweglichen Ventilkörper, der den Brennsiofföffnungsquerschnitt /um Umschaltventil gasdicht verschließt. In dieser Stellung des beweglichen Ventilkörpers kann nur Sauersloff durch den Sauerstofföffnurgsquerschnitt zum Düsenkanal gelangen. Der Sauerstofloffnungsquerschnitt !St so bemessen, daß er als Drosselorgan wirkt und den Sauerstoffvordruck auf den SauerstoffdüsendfUck reduziert. Durch diese Drudkfeduziefung, beispielsweise von 20 bar Vordruck auf 4 bar Düsendriick, bestimmt der Sauerstofföffnungsquerschnitt erfindungsgemäß auch die Säuerstoffströmungsmenge. Der SauerstqfföffhungsquerschniU wird am Umschaltventil fest eingestellt. Diese Einstellung kann jedoch entsprechend den gewünschten Druckverhäitnissen relativ einfach
geändert werden.
Sobald der Sauerstoffvordruck sich verringert, d. h. wenn die Sauerstoffzufuhr abgestellt und die Leitung entspannt wird, schaltet das erfindungsgemäße Umschaltventil mit Hilfe des beweglichen Ventilkörpers um. Der Sauerstofföffnungsquerschnitt wird gasdicht verschlossen und der Brennstofföffnungsquerschnitt freigegeben. Die Druckdifferenz zwischen dem Sauerstoff vordruck, ζ. B. 20 bar, und der Sauerstoffvordruckverminderung, bei der sich der Schaltvorgang auslöst, wird über die Feder (13) im Ventil um einen Wert zwischen 0,5 bis 10 bar, vorzugsweise 2 bar, über dem Sauerstoffblasdruck der Düse (4), in diesem Beispiel 4 bar, im Umschaltventil fest eingestellt, beträgt z. B. 6 bar. Diese Auslösung des Umschaltvorganges durch eine in den angegebenen Grenzen, von 0,5 bis 10 bar wählbare Druckdifferenz über dem Sauerstoffblasdruck der Düse hat den Vorteil, daß bei langsamem Druckabbau in der Sauerstoffvordruckleitung keine Zwischen- und/oder Flatterstellun; des beweglichen Ventiikörpers auftritt, bei der sowoiii Sauerstoff als auch Brennstoff gleichzeitig in den Düsenkanal gelangen können
Das erfindungsgemäße Umschaltventil wird nunmehr anhand einer beispielsweisen Ausführungsform und einer entsprechenden Figur näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umschaltventiles.
Das Umschaltvent I gemäß Fig. 1 verfügt über ein ortsfestes Gehäuse (I). in der Fig. 1 schrägschraffiert dargestellt, mit einer Sauerstoffzuleitung (3). in der bei Sauerstoffzufuhr zur Düse (4) der Sauerstoffvordruck herrscht. In der dargestellten Lage des beweglichen Ventilkörpers (5), in der F i g. 1 längsschraffiert gezeichnet, steht kein Sauerstoffdruck an, und der Brennstofföffnungsquersch'iitt (6) ist freigegeben, so daß der Brennstoff, beispielsweise eine Kohle/Stickstoff-Suspension, aus der Brennstoffleitung (7) zdr Di %e (4) gelangen ka:in. Beispielsweise dient als Fördergas fur den pulverisierten Kohlenstoff, z. B. Koks. Stickstoff odc. Inertgas. z.B. Argon. Das Fördergas hnt ohne Beladung einen Druck von ca. 3 bar und bei voller Beladung mit 17 kg Kohlenstoff pro Nm' einen Druck von ca. 12 bar.
Sobald die Sauerstoffzuleitung (3) mit dem Sauerstoffvordruck, z. B. 20 bar. beaufschlagt wird, wandert der bewegliche Ventilkörper (5) in Richtung Brennstoffleitung (7) und verschließt durch die Dichtmittel (8) in Zusammenwirkung mit der Anliegefläche (9) den Brennsiofföffnungsquerschnitt (6). Der Sauerstofföffnungsquerschnitt (10) wird freigegeben und Sauerstoff strömt in die Düse (4). I'm die gewünschte Druckreduzierirc! vom Sauerstoffvordruck (20 bar) auf den Sauerstoffdüsendruck, beispielsweise 3 bar. zu erzielen, kann der Sauersofföffnungsquerschnitt (1O) durch unterschiedliche Bohrungsdurchmesser in der Lochscheibe (Drosselorgan (U)) entsprechend eingestellt werden.
Sobald der Saucrstoffvnrdruck um eine einstellbare Druckdifferenz zwischen 0,5 bu IQ bar über dem Blasdruck der Düse (4) (0,5 bis 10 bar + Blaudruck) abgesunken ist, verschiebt sich der bewegliche Ventilkörper (5) wieder in die dargestellte Lage und gibt den Brennstofföffnungsquerschnitt (6) frei. Die Druckdifferenz für das Auslösen des Schaltvorganges wird in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 durch die Federkraft der Feder (13) eingestellt.
Zu erwähnen ist noch, daß die sauerstoffdurchström-
ten Teile bei Brennstoff-Förderung gasdicht verschlossen sind und der Metallfaltenbalg (14) beim Umschalten die erforderliche Bewegung des beweglichen Ventilköfpers (5) zuläßt.
Konstruktive Abweichungen vom dem in Fig. 1 dargestellten Umschaltventil liegen im Sinne der Erfindung, insbesondere solange ein wesentliches Merkmal der Erfindung, nämlich die Vsrililsteuefuhg durch den Sauerstoffvordruck, bewerkstelligt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Umschaltventil für die Versorgung einer Düse an einem Stahlerzeugungskonverter mit Sauerstoff oder Brennstoff, das es erlaubt, durch den Sauerstoffeinleitungskanal der Düse im Wechsel Brennstoff oder Sauerstoff zuzuführen, gemäß dem Verfahren nach der deutschen Patentanmeldung P 29 34 333.7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorhandene Druck im Sauerstoffversorgungssystem, d.h. der Sauerstoffvordruck, der normalerweise in der Größenordnung von 20 bar liegt, zur Ventilumschaltung dient, dieser Sauerstoffvordruck im Ventil selbst auf den Sauerstoffblasdruck der Düse (4) reduziert wird und der bewegliche Ventilkörper (5) bei anstehendem Sauerstoffvordruck nur den Sauerstofföffnungsquerschnitt (10) für die Düse (4) öffnet oder bei Verringerung des anstehenden Sauerstoffvordrukkes um einen bestimmten, über eine Feder (13) einstellbaren Betrag von 0,5 bis 10 bar, vorzugsweise 2 bar, über dem Sauerstoffblasdruck der Düse (4), nur den Brennstofföffnungsque-schnitt (6) zur Düse (4) freigibt.
2. Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil in unmittelbarer Düsennähe, mindestens zwischen Konverterdrehachse und Düse (4) am Konverter montiert ist.
3. Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil in Baueinheit mit der D >e (4) am Konverter montiert ist.
4. Umschaltventil nach einer1 oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung des Sauerstoffvordruckes auf den Sauerstoffblasdruck vor der Düse (4) ein Drosselorgan (11) mit fest einstellbarem, definiertem Sauerstofföffnungs-Querschnitt (10) im Sauerstoffdurchströmkanal des Ventiles angeordnet ist.
5. Umschaltventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffdurchström:en Ventilbauteile gasdicht gegen den brennstoffdurchströmten Ventilteil abgedichtet sind.
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