DE3041467C2

DE3041467C2 - Verfahren zum Spritzauskleiden des Futters metallurgischer Aggregate

Info

Publication number: DE3041467C2
Application number: DE3041467A
Authority: DE
Inventors: Veniamin Vasilievitsch Antonov; Jury Izrailevich Donetsk Bat; Viktor Mironovitsch Donetsk Chervonenko; Fedor Egorovitsch Donetsk Dolzhenkov; Semen Aronovitsch Donskoi; Edwin Iosifovitsch Temirtau Gamalei; Valentin Arsentievitsch Kulitschenko; Evgeny Dmitrievitsch Shtepa; Oleg Ivanovitsch Temirtau Tischenko
Original assignee: DONECKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT CERNOJ METALLURGII DONECK SU
Current assignee: DONECKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT CERNOJ METALLURGII DONECK SU
Priority date: 1979-04-16
Filing date: 1980-02-13
Publication date: 1984-09-27
Also published as: SE427964B; DE3041467A1; RO81041A; GB2059046B; WO1980002320A1; SU914636A1; CS265980A1; AU517839B2; NL8002169A; US4487397A; JPS5936192B2; FR2454333A1; SE8008746L; JPS56500392A; CS245252B1; FR2454333B1; RO81041B; AU5750780A; IN152890B; GB2059046A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spritzauskleiden des Futters metallurgischer Aggregate, wie es im Eisenhüttenwesen zur Reparatur der Futteroberfläche metallurgischer Aggregate angewandt wird.

Die Erfindung geht aus von einem aus der DE-PS 22 00 667 bekannten Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Bei einem solchen Verfahren werden die Feuerfeststoffteilchen im Flammenstrahl auf die Temperatur des Oberganges in einen zähen Zustand erhitzt und treffen in diesem Zustand auf die Futteroberfläche auf.

Bei dem bekannten Verfahren geschieht das Flammen-Spritzauskleide? des Futters der Konverter in horizontaler Stellung derselben und ein Zentralstrahl aus Feuerfestpulver und Brennstoff, der i-.ngförmig umgeben ist von einem Sauerstoffstr«hl, wird tangential auf die Futteroberfläche des Konverters geL.asen.

Der auf diese Weise erhaltene Überzug der Futteroberfläche ist oft nicht ausreichend fest. Außerdem wird der Feuerfeststoff in beträchtlicher Menge mit den entweichenden Verbrennungspunkten als Staub ausgetragen, weil im Zentrum des umlaufenden staubbeladenen Gasstromes eine Unterdruckzone entsteht, in die ein Teil des Feuerfeststoffes zusammen mit den Gasen hineingezogen wird.

Bei der tangentialen Flammenstrahlbeaufschlagung reicht der Abstand zwischen den Düsenöffnungen und der Futteroberfläche für den Ablauf der Brennstoffverbrennungsprozesse nicht aus, so daß diese beim Auftreffen der Flamme auf die Futteroberfläche noch nicht zu Ende gekommen sind und der Feuerfeststoff noch nicht auf die Temperatur des Überganges in einen zähen Zustand erhitzt ist. Deswegen gelangen Feuerfeststoffteilchen in den Überzug, die sowohl mit dem Grundfutter als auch miteinander schlecht sintern. Ein Teil des ungenügend erhitzten Feuerfeststoffes haftet nicht auf der Futteroberfläche und wird mit den Verbrennungsprodukten ausgetragen.

Bei einem aus der Zeitschrift »Metallurg«, Moskau, Verlag Metallurgia, 1977, Nr. 12, S. 25 bis 26 bekannten Verfahren zum Spritzauskleiden des Futters metallurgischer Aggregate wird ein Feuerfeststoff-Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch unter einem rechten oder annähernd rechten Winkel auf die zu reparierende Futteroberfläche geblasen. Hierbei dringen zwar die Feuerfeststoffteilchen unter einen etwa rechten Winkel in die Futteroberfläche ein, und es wird ein wirksames Anbakken des Feuerfeststoffes an dem Futter erzielt, jedoch findet hier eine getrennte Zufuhr des komprimierten Sauerstoffes und des pulverförmigcn Fcucrfcststoff-Brennstoff-Gemisches zu jeweiligen längs der Blasformwand angeordneten Düsen statt was keine gleichmäßige Erwärmung sämtlicher Feuerfeststoffteilchen im Rammenstrahl und kein Eindringen in die Futter-5 oberfläche mit gleichen Geschwindigkeiten gewährleistet Die Konzentrations- und Temperaturfelder im Querschnitt des Flammenstrahls sind ungleichmäßig, und zwar ist, wenn das Brennstoff-Feuerfeststoff-Gemisch in Form eines zweiphasigen Zentralstrahles ι nd

ίο der Sauerstoff in Form eines ringförmigen Strahles im Gleichstrom zugeführt werden, die Konzentration des Brennstoffes und des Feuerfeststoffes im Zentrum des Flammenstrahls höher als in dessen Umfangsbereichen, während die Sauerstoffkonzentration im Gegenteil am Umfrog des Flammenstrahls höher und in seiner Mitte niedriger ist

Auch hier kommen somit die Brennstoffverbrennungsprozesse auf dem geraden Abschnitt vor der Beaufschlagung des Futters nicht zum Abschluß, so daß ein Teil des Feuerfeststoffes nicht auf die Temperatur des Oberganges in einen zähen Zustand erwärmt und mit den entweichenden Verbrennungsprodukten als Staub ausgetragen wird. Damit hat auch der auf diese Weise gebildete Oberzug keine hohe Festigkeit weil in ihn nicht hinreichend erwärmte Feuerfeststoffteilchen eindringen, die nur schwach mit dem Grundfutter und miteinander zusammensintern und die Bindungen zwischen den Körnern des Überzuges abschwächen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Spritzauskleiden des Futters metallurgischer Aggregate aufzuzeigen, mit dem es gelingt die Qualität des aufgebrachten Überzuges zu verbessern und dadurch die Lebensdauer des Futters der metallurgischen Aggregate zu erhöhen sowie den Ausnutzungsgrad des Feuerfeststoffes zu steigern und dadurch den Verbrauch an Feuerfeststoff herabzusetzen.

Ausgehend von dem gattungsmäßig vorausgesetzten Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs der ringförmige Sauerstoffstrahl auf den zentralen Strahl aus Feuerfeststoff und Brennstoff gerichtet wird, wobei der Sauerstoffstrahl mit einem gegenüber dem Impuls des Feuerfeststoff-Brennstoff-Strahles 03- bis 3fachen Drehimpuls rotiert.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kommt es aufgrund der Drehbewegung des Sauerstoffstrahles zu einer intensiven Durchmischung von Brennstoff, Feuerfeststoff und Sauerstoff, wodurch die Verbrennung des Brennstoffes in einem Volumen beschränkter Ausmaße in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnungen der Düsen zum Abschluß kommt und der Feuerfeststoff schnell auf die Temperatur des Überganges in einen zähen Zustand erhitzt wird. In diesem Zustand dringt er dann mit der erforderlichen Geschwindigkeit in die Oberflächenschicht des Futters ein.

Auch führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer wesentlichen Verbesserung der Qualität des Überzuges, weil es optimale Temperaturverhältnisse beim Aufbringen und Sintern des Überzuges gewährleistet und eine Vergleichmäßigung des Konzentrations- und des Temperäturfeldes im Querschnitt des Flammenstrahls bewirkt. Es ergibt sich ein vollständigeres Eindringen des Feuerfeststoffes in den Überzug und dadurch ein höherer Ausnutzungsgrad des Feuerfeststoffes, weil alle Teilchen die erforderliche annähernd gleiche Eindringgeschwindigkeit beirrt Auftreffen auf den Überzug aufweisen.
Durch das Rotieren des Flammenstrahls um seine ei-

gene Achse ergibt sich eine Vergrößerung des öffnungswinkels des Flammcnstrahl.s bei gleichmäßig bleibenden Gcschwindigkeils-Tempcratur- und Konzentralionsfeldern im Querschnitt des Flammenstrahls. Dieser wjrd dadurch sanfter und verläuft flach. Der aufgebrachte Überzug stellt eine feste Schicht dar, die mit dem Grundfutter fest zusammensintert

Die Wirksamkeit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht daraus hervor, daß im Vergleich zur Aufbringung- von Brennstoff und Feuerfeststoff in parallelen Strahlen die Qualität des Oberzuges um 20 bis 25% höher und der Verbrauch an Feuerfeststoff um 20% niedriger liegt

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Blasform im durch die Düsen gelegten Querschnitt;

F i g. 2 den Querschnitt der Düsen nach dem Schnitt H-II in F ig. 1.

Die Blasform besteht aus einem Zentralrohr 1 zur Zufuhr eines Brennstoff-Feuerfeststoff-Gemisches, einem Rohr 2, wobei im Ringkanal zwischen diesem und dem Zentralrohr 1 Sauerstoff zugeführt wird, end Rohren 3 und 4, die Ringkanäle für die Zu- und Ableitung des Kühlwassers bilden. Das Brennstoff-Feuerfeststoff-Gemisch tritt aus einer zentralen Düse 6 aus, welche umgeben ist von einer zylindrischen Büchse 5, die als Vorrichtung zur Drallerzeugung für den Sauerstoffstrom dient und sich fortsetzt in einer sich verjüngenden Düse 7, in der der Sauerstoffstrom auf den zentralen Strahl aus Feuerfestpulver und Brennstoff gerichtet wird. Die Austrittsöffnung der zentralen Düse 6 befindet sich innerhalb der Sauerstoff-Düse 7.

Um dem Sauerstoffstrom einen Drall mitzuteilen, ist die Wandung der Büchse 5 mit Schlitzlöchern 8 versehen, die tangential zur zylindrischen Mantelfläche der zentralen Düse 6 gerichtet sind. Möglich wäre auch eine Drallerzeugung durch in einem bestimmten Winkel eingestellte Schaufeln oder dergleichen.

Das Brennstoff-Feuerfeststoff-Gemisch wird über das Zentralrohr 1 zugeführt, wobei der Transport der festen Phase mittels Druckluft erfolgt, während über den Ringkanal zwischen den Rohren 1 und 2 der Sauerstoff zugeführt wird. Das Brennstoff-Feuerfeststoff-Gemisch strömt durch die zentrale zylindrische Düse 6 aus. Der Sauerstoff strömt durch die Schlitzlöcher 8 in den Raum zwischen den Düsen 5 und 6 ein, wobei er eine Drehbewegung um die und eine Längsbewegung entlang der Zentraldüse bekommt Der dem Austrhtsquerschnitt zuströmende und rotierende Sauerstoffstrom ist tangential zum zentralen T.weiphasigen Feuerfeststoff-Brennstoff-Strahl gerichtet Stromabwärts von der Austrittsöffnung der Zentraldüse, wirkt der rotierende Sauerstoff strom mit dem zweiphasigen Brennstoff-Feuerfeststoff-Strahl zusammen und versetzt ihn in Drehbewegung. Im Raum zwischen den Austrittsöffnungen der Düsen kommt es zu einer intensiven Durchmischung von Sauerstoff, Brennstoff und Feuerfeststoff, und zwar sowohl wegen der Drehbewegung der Ströme als auch wegen des Eindringens des Sauerstoffs in den zweiphasigen Strahl aufgrund der Einengung des Sauerstoffstroms in der konvergenten Düse 7.

Die Einschnürung des Sauerstoffstrahles verhindert auch ein Zerfließen des Sauerstoffes von den Randgebieten des Strahles r.ach allen Seiten unter der Wirkung der Fliehkräfte. Der Konvergenzwinkel der Düse 7 beträet 10 bis 20°.

Nach dem Ausströmen der Strahlen aus den Düsen kommt es zu einer weiteren feinen Durchmischung der Bestandteile. In die Strahlen werden Hochtemperalu.--gasc uus dem Arbeitsraum des Aggregates eingesaugt und der Brennstoff entzündet sich in unmittelbarer Nähe der Austrittsebene. Es entsteht ein kurzer Flammenstrahl, in dem bei geringer Ausdehnung der Brennzone eine bedeutende Wärmeentwicklung je Volumeneinheit stattfindet so daß die Feuerfeststoffteilchen sich schnell

ίο erhitzen.

Durch das Drehen des Flammenstrahls entstehen gleichmäßige Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsfelder im Querschnitt des Flammenstrahls und die Feuerfeststoffteilchen haben beim Ein- dringen in den Oberzug nahezu gleiche Temperaturen und Geschwindigkeiten, so daß ihr Eindringgrad mit entweichenden Verbrennungsprodukten ansteigt Die Beaufschlagung der Futteroberfläche durch den sich drehenden Flammenstrahl ist eine sanfte.

Das erficdungsgemäße Verfahren wurde in folgenden konkreten Fällen angewandt:

Beispiel 1

Repariert wurde der zylindrische Teil eines 3001 schweren Konverters mit einem Innendurchmesser von 6,8 m und einem Harzmagnesitfutter.

Der verarbeitete Feststoff bestand aus 25 Gew.-% Koks und 75Gew.-% Magnesit Die Korngrößen im Gemisch lagen unter 0,1 mm. Die Förderung des feingemahlenen Kokses und Magnesits erfolgte mit Preßluft in einer Durchsatzmenge von 2 m³ je 100 kg zu fördernder Masse.

Die Temperatur der Innenoberfläche des Futters zu

Anfang des Flammspritzen.«: lag bei 1300⁰C. Vor Beginn des Flammspritzens wird der Kühlwasserumlauf in der Blasform in Gang gesetzt und diese in den Konverter eingeführt Das Flammspritzen geschieht durch Drehen der Blasform um ihre Längsachse aus der Konverter mitte heraus, wobei der Flammenstrahl rechtwinklig zur Futteroberfläche gerichtet ist

Die Blasform wies zwölf Düsenpaare auf, wobei der Sauerstoffstrom aus den Schlitzlöchern 8 unter einem Winkel von 80° relativ zu der Ebene, die zur Düsenach se senkrecht verläuft, austrat Der Durchsatz an Feuer feststoff-Brennstoff-Gemisch lag bei 500 kg/min; der Sauerstoffdurchsatz betrug 220mVmin. Die Ausströmungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs betrug 300 m/s; die Ausströmungsgeschwindigkeit des Feuerfeststoff

Brennstoff-Gemisches betrug 35 m/s.

Der anfängliche Drehimpuls des Sauerstoffstrahles lag bei 25 kg - m/s, der Anfangsimpuls des Feuerfeststoff-Brennstoff-Strahles lag bei 32 kg · m/s. Das Verhorn,'* -tes Drehimpulses des Sauerstoffstrahles zum Impuls des zentralen zweiphasigen Strahles betrug somit 0,78.

Die Brennzone war kürzer und der Öffnungswinkel des Flammenstrahles größer als bei drallfreier Strömung. Die Feuei'feststoffteilchen erhitzten sich gleich- mäßig auf dem geraden Flammenstrahlabschnitt vor der Beaufschlagung des Futters auf die Temperatur des Überganges in einen zähen Zustand und drangen recht vollständig in den Überzug ein und versinterten fest miteinander und mit dem Grundfutter. Das Flammsprit zen bis zur Erzielung einer Schicht der erwünschten Dicke dauerte 3 bis 5 min.

Die Haltbarkeit des auf die Oberfläche des zylindrischen Teils des Konverters aufgebrachten eleichdicken

Überzuges stieg von 4 auf 5 Schmelzen an, d. h. die Qualität des Überzuges war um 20% besser. In den Überzug gelangten bis zu 90% Magnesit, d. h. um ca. 20% mehr als bei der Anwendung des bekannten Verfahrens.

Beispiel 2

Repariert wurde die Ausfütterung des konischen Teiles eines 300 t schweren Konverters. Der Durchmesser des Konverterhelmes beträgt 4,1 m.

Die Besonderheit des Flammspritzen des Futters des konischen Teiles eines Konverters besteht darin, daß der Abstand der Blasformachse von der Futteroberfläche in diesem Teil des Konverters von 3,4 m auf 2,05 m abnimmt. Es kommt also darauf an, die Brennzonenlänge derart zu verkürzen, daß sich die Feuerfeststoffteilchen auf dem geraden Abschnitt des Flammenstrahls

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des Überganges in den zähen Zustand erwärmen können.

Das Flammspritzen erfolgte mit der gleichen Blasform und den gleichen Durchsatzmengen wie in Beispiel 1 angegeben. Damit aber der zweiphasige zentrale Strahl stärker verdrallt wird und die Bestandteile gründlicher durchmischt werden, verringert man den Impuls des zweiphasigen Strahles, ohne den Durchsatz an Feuerfeststoff und Brennstoff zu vermindern. Zu diesem Zweck reduziert man den Druckluftdurchsatz für die Förderung der festen Phase von 10 m^J/min auf 5 mVmin. Der Massendurchsatz des Gemisches bleibt unverändert, während sich die Ausflußgeschwindigkeit nahezu auf die Hälfte vermindert

Der Impuls des zentralen zweiphasigen Strahles sinkt dabei ebenso auf die Hälfte und beträgt nur noch 16 kg · m/s.

Die Parameter des Sauerstoffstrahles werden nicht geändert, so daß das Verhältnis des Drehimpulses des Sauerstoffstrahles zum Impuls des zentralen zweiphasigen Strahles 1.56 beträgt. Der mit einer geringeren Geschwindigkeit ausströmende Zweiphasenstrahl ist weniger hart und wird vom Ringstrahl des Sauerstoffes rascher aufgelöst. Der Öffnungswinkel des Flammenstrahls vergrößert sich, die Brennzonenlänge verkürzt sich. Außerdem vermindert sich die durchschnittliche Massengeschwindigkeit des vereinigten Sauerstoff-Brennstoff-Feuerfeststoff-Stromes, so daß die Bewegung der Brennstoff- und Feuerfeststoffteilchen von den Düsenöffnungen zur Futteroberfläche unter sonstigen gleichen Bedingungen länger dauert. Die Teilchen des Feuerfeststoffes werchn auch in diesem kürzeren Flammenstrahl gleichmäßig auf die Temperatur des Überganges in einen zähen Zustand erhitzt

Der breitere und flach verlaufende Flammenstrahl übt keine nennenswerte örtliche dynamische Einwirkung auf das von den Düsenöffnungen 2 m entfernte Futter aus, insbesondere wird der vorher angesetzte feuerfeste Überzug nicht weggeblasen oder zerstört

Die Qualität des Überzuges verbessert sich um 20%, denn seine Haltbarkeit steigt von 4 auf 5 Schmelzen an. In den Überzug dringt bis zu 85% Magnesit ein, d. h. um ca. 15% mehr als bei der Anwendung des bekannten Verfahrens. Die Dauer des Flammspritzens des konischen Teiles des Konverters betrug 2 bis 3 Minuten und der Zeitaufwand für das Flammspritzen des gesamten Futters des 300 t schweren Konverters liegt zwischen 5 und 8 Minuten.

Beispiel 3

Repariert wurde das Gewölbe eines Siemens-Martin-Ofens mit einer Kapazität von 440 t. Der Abstand der Ebene der Schwellen der Arbeitstüren vom Gewölbe betrug in der Ofenmitte 2,2 m, in der Nähe der Vorder- und der Hinterwand 0,8 bis 1,2 m.

Es wurde sowohl beim Flammspritzen des zentralen Gewölbeteiles als auch der Abschnitte nahe der Vorder- und der Hinterwand mit einem Durchsatz an Brennstoff-Feuerfeststoff-Gemisch von 400 kg/min und an Sauerstoff von 180 m³/min gearbeitet.

Das Flammspritzen wird von der Höhe der Schwellen der Arbeitstüren vorgenommen. Da hierbei der Abstand zwischen den Düsenöffnungen und der Gewölbeoberfläche des Siemens-Martin-Ofens bedeutend kleiner ist als im Konverter und sich in sehr weiten Grenzen ändert, wurde zur Sicherstellung der erforderlichen Zeit für den Ablauf Ae.r Brennstoffverbrennunesprozesse und das Erwärmen der Feuerfeststoffteilchen im Flammcnstrahl sowie der erforderlichen Eindringgeschwindigkeit der Feuerfeststoffteilchen in den Überzug der Struktur des Flammenstrahls den verschiedenen Abständen des jeweils beaufschlagten Gewölbebereichs

2s durch Änderung des Drallgrades angepaßt.

Beim Flammspritzen des zentralen Gewölbebereiches kommt es auf eine genügende Reichweite des FlammensurMs an, weshalb man den Drallgrad vermindert und die Geschwindigkeit in Achsrichtung des Flammstrahls vergrößert Dabei wird ein Verhältnis des Drehimpulses des Sauerstoffstrahles zum Impuls des Feuerfeststoff-Brennstoffstrahles von 1,0 eingestellt, was mit einem Luftdurchsatz zur pneumatischen Förderung der Feststoffe von 8 mVmin erreicht wurde.

Beim Flammspritzen der geneigten Gewölbebereiche ist der Abstand zwischen den Düsenöffnungen und der Futteroberfläche wesentlich kleiner, so daß durch intensivere Durchmischung der Bestandteile die Brennstoffverbrennung in einem kleineren Volumen in der Nähe der Düsenöffnungen anzustreben und die Reichweite des Flammenstrahls zu kürzen ist, um die dynamische Stoßwirkung des Flammenstrahls herabzusetzen. Hierzu arbeitet man durch Verminderung des Luftdurchsatzes für die Förderung der Feststoffe auf 2 mVmin mit einem stark verdrallten Flammenstrahl, wobei das Verhältnis des Drehimpulses des Sauerstoffstrahles zum Impuls des Feuerfeststoff-Brennstoffstrahles auf 2,8 eingestellt wird.
Dabei wird der Flammenstrahl trichterförmig und die Verbrennungsvorgänge sowie die Erhitzung der Feuerfeststoffteilchen verlaufen in einem Volumen t. schränkter Ausmaße und sind vor der Beaufschlagung der Oberfläche des Gewölbes beendet Die dynamische Stoßwirkung des Flammenstrahls ist bedeutend schwäeher als bei drallfreier Strömung. Der Flammenstrahl ist sanfter, verläuft flacher, die Ablagerung des Feuerfeststoffes ist gleichmäßiger.

In den Überzug dringt bis 70% Feuerfeststoff ein. Auf der Gewölbeoberfläche bildet sich ein fester Überzug, dessen Festigkeit 5 bis 7 Schmelzen beträgt Beim Flammspritzen der Gewölbe von Siemens-Martin-Öfen; die mit Durchblasen des Bades mit Sauerstoff gefahren werden, kann man die Festigkeit der Öfen von 220 auf 300 Schmelzen oder um 36% steigern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Spritzauskleiden des Futters metallurgischer Aggregate mittels einer mit Feuerfestpulver gespeister Flamme, bei der der Sauerstoffstrahl ringförmig den Strahl aus einem Gemisch von Feuerfeststoff und Brennstoff umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sauerstoffstrahl auf den zentralen Strahl aus Feuerfestpulver und Brennstoff gerichtet wird und gegenüber diesem mit einem 03- bis 3fachen Drehimpuls rotiert