DE3841618A1 - Gaseintragssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eintragen von Gas in ein fließfähiges Medium, das sich in einem zylinder- oder pfannenförmigen Behälter mit im wesentlichen vertikaler Achse befindet, mittels mindestens einer Düse, die mindestens eine Austrittsöffnung für das Gas aufweist.

Derartige Gaseintragssysteme sind weit verbreitet. So werden beispielsweise zum Eintragen von sauerstoffhaltigem Gas in Abwasser Begasungskerzen verwendet, die am Boden eines Behandlungsbeckens angeordnet sind. Andererseits ist es auch bekannt, Gaseintragssysteme zum Spülen von Metallschmelzen in einer Pfanne zu verwenden. Beispielsweise werden Stahlschmelzen oder Aluminiumschmelzen durch Spülen mit Inertgas nachbehandelt. Dabei wird das Gas über Lanzen auf die Schmelzen aufgeblasen oder durch Düsen oder Stopfen vom Boden der Pfanne aus von unten eingetragen. In den meisten Anwendungsfällen kommt es auf ein möglichst feinblasiges Eintragen des Gases in das fließfähige Medium an. Insbesondere bei Medien mit hoher Dichte, z.B. Metallschmelzen, ist ein feinblasiger Eintrag mit dem herkömmlichen Gaseintragssystem aber nicht gewährleistet. Aufgrund der hohen Dichte des Mediums vereinigen sich unmittelbar hinter der Gaseintragsvorrichtung die ursprünglich kleinen Gasblasen zu einer großen, wodurch beispielsweise beim Nachbehandeln einer Metallschmelze die Spülwirkung verschlechtert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise ein feinblasiger Gaseintrag erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Düse so angeordnet ist, daß ihre Austrittsöffnung in eine im wesentlichen horizontale Richtung zeigt, die mit der Behälterwand einen Winkel einschließt, der gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° ist.

Auf diese Weise kann das Gas so in das fließfähige Medium eingeblasen werden, daß das Medium in eine Rotation um die vertikale Zylinder- bzw. Pfannenachse versetzt wird. Die in das rotierende Medium eingetragenen Gasblasen erfahren Scherkräfte, die ein Entstehen von großen Gasblasen verhindern.

Es ist vorteilhaft, das Gas nahezu parallel zur Behälterwand in das fließfähige Medium einzublasen, um dieses in Rotation zu versetzen. Hierzu ist die Düse zweckmäßigerweise so angeordnet, daß ihre Austrittsöffnung in eine im wesentlichen horizontale Richtung zeigt, die mit der Behälterwand einen Winkel von ca. 0° bis ca. 30° einschließt.

Vorzugsweise ist die Düse an der Behälterwand oder in unmittelbarer Nähe der Behälterwand im Behälter so installiert, daß die Austrittsöffnung in das Medium eintaucht. Durch diese Anordnung kann einerseits das Medium durch Einblasen von Gas leicht in Rotation versetzt werden, andererseits stehen dem rotierenden Medium keine störenden Düsen im Behälterinneren im Wege. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden mehrere Düsen entlang der Behälterwand so im Behälter angebracht, daß ihre Austrittsöffnungen im wesentlichen parallel zur Behälterwand zeigen.

Weiterhin ist es zweckmäßig, die Düse unmittelbar über dem Behälterboden anzuordnen. Auf diese Weise wird der gesamte Behälterinhalt durch die rotierenden und aufsteigenden Gasblasen erfaßt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden auf dem Behälterboden zusätzliche Bodendüsen angeordnet, die Gas im wesentlichen in vertikaler Richtung nach oben in das rotierende Medium abgeben. Diese Bodendüsen stehen zweckmäßigerweise mit schnell öffnenden und schnell schließenden Ventilen in Verbindung, die eine pulsierende Begasung des Mediums ermöglichen. Durch eine möglichst hochfrequente Gaspulsation wird erreicht, daß die Gasblasen beim Kontakt mit dem rotierenden Medium in kleiner Ausdehnung abreißen und von dem rotierenden Medium mitgenommen werden. Eine Konglomerierung kleiner Gasblasen zu großen wird verhindert. Zur Pulsierung des Gases können Flatterventile, schnellarbeitende Magnetventile, mit Motor angetriebene Kugelhähne oder anderweitig schnell öffnende und schließende Ventile verwendet werden. Die Ventile sind unmittelbar vor dem Gaseintritt in die Bodendüsen angeordnet.

Der Behälter kann z.B. als Belebungsbecken zur Abwasserbehandlung ausgebildet sein oder als Pfanne zum Nachbehandeln einer Metallschmelze. Insbesondere im letzteren Fall ist es zweckmäßig, die Düse mit einem Düsenkopf aus porösem Material zu versehen, um einerseits einen feinblasigen Gaseintrag zu gewährleisten und andererseits vor hohen thermischen Belastungen durch die heiße Metallschmelze gewappnet zu sein. Um ein Verstopfen der Austrittsöffnungen zu verhindern, wird bevorzugt ein poröser Stein mit gerichteter Porösität verwendet. Auch die Bodendüsen sind vorzugsweise mit Düsenköpfen aus porösem Material versehen.

Besonders beim Spülen von Metallschmelze ist es vorteilhaft, die Düse mit hohem Gasdruck zu beaufschlagen. Hierzu steht die Düse mit einer Druckleitung für hochverdichtetes Gas in Verbindung. Die Beaufschlagung kann kontinuierlich oder pulsierend erfolgen.

Auch die Bodendüsen stehen mit Druckleitungen für hochverdichtetes Gas in Verbindung. In den Druckleitungen sind unmittelbar vor den Bodendüsen die erwähnten schnell öffnenden und schließenden Ventile angeordnet.

Das erfindungsgemäße Gaseintragssystem eignet sich insbesondere zum Einsatz bei der sogenannten Pfannenmetallurgie, also beim Nachbehandeln von Metall in der Pfanne. Mit dem Gaseintragssystem können auch Stahlschmelzen, die aufgrund ihrer besonders hohen Dichte mit herkömmlichen Gasspülsystemen nur unzureichend behandelt werden können, wirksam mit Gas gespült werden. Die Erfindung kann aber auch bei der Abwasserreinigung verwendet werden, um beispielsweise Sauerstoff feinblasig in das Abwasser einzutragen. Auch beim Strippen von Flüssigkeiten in der Abwassertechnik, Lebensmitteltechnik oder chemischen Industrie kann das erfindungsgemäße Gaseintragssystem mit Vorteil eingesetzt werden.

Neben dem Vorteil eines besonders feinblasigen Gaseintrags weist das erfindungsgemäße Gaseintragssystem auch den entscheidenden Vorzug auf, ohne mechanisch bewegte Teile auszukommen. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil gegenüber Rührsystemen dar, die zudem beispielsweise bei der Stahlbehandlung wegen der hohen Dichte der Stahlschmelze nicht eingesetzt werden können.

Im folgenden sei die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Pfanne zur Nachbehandlung von Stahlschmelze.

In der Pfanne 1 befindet sich Stahlschmelze 2, die durch Spülen mit Stickstoff nachbehandelt werden soll. Am Pfannenmantel 3 sind Düsen 4 mit Düsenköpfen 5 aus porösem Stein angeordnet. Um ein Verstopfen der Düsen 4 durch die Stahlschmelze 2 zu verhindern, weist der poröse Stein eine gerichtete Porösität auf. Die Düsen 4 sind so angeordnet, daß die Austrittsöffnungen der Düsenköpfe 5 im wesentlichen parallel zum Pfannenmantel 3 gerichtet sind. Zum Spülen der Stahlschmelze werden die Düsen 4 über eine nicht dargestellte Druckleitung mit hochverdichtetem Stickstoffgas beaufschlagt. Die Düsen 4 blasen das Gas so in die Stahlschmelze ein, daß diese in eine Rotation um die vertikale Pfannenachse versetzt wird. Über am Pfannenboden 6 installierte Bodendüsen 7 wird pulsierend Stickstoffgas von unten in die Stahlschmelze eingetragen. Hierzu stehen die Bodendüsen 7 mit nicht dargestellten Druckleitungen für hochverdichtetes Stickstoffgas in Verbindung. Unmittelbar vor den Bodendüsen 7 sind in den Druckleitungen schnell arbeitende Magnetventile angeordnet, die einen pulsierenden Gaseintrag ermöglichen. Die Bodendüsen 7 sind als poröse Stopfensteine mit gerichteter Porösität ausgebildet, um Verstopfungen durch die Stahlschmelze zu verhindern. Durch den pulsierenden Gaseintrag wird erreicht, daß die Gasblasen beim Kontakt mit der rotierenden Stahlschmelze in kleiner Ausdehnung abreißen und von der rotierenden Stahlschmelze mitgenommen werden. Eine Konglomerierung der kleinen Gasblasen zu großen wird verhindert.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Eintragen von Gas in ein fließfähiges Medium, das sich in einem zylinder- oder pfannenförmigen Behälter mit im wesentlichen vertikaler Achse befindet, mittels mindestens einer Düse, die mindestens eine Austrittsöffnung für das Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) so angeordnet ist, daß ihre Austrittsöffnung (5) in eine im wesentlichen horizontale Richtung zeigt, die mit der Behälterwand (3) einen Winkel einschließt, der gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (5) in eine im wesentlichen horizontale Richtung zeigt, die mit der Behälterwand (3) einen Winkel von ca. 0° bis ca. 30° einschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) an der Behälterwand (3) oder in unmittelbarer Nähe der Behälterwand (3) im Behälter (1) so angeordnet ist, daß die Austrittsöffnung (5) in das Medium (2) eintaucht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) unmittelbar über dem Behälterboden (6) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) als Pfanne zum Nachbehandeln einer Metallschmelze ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) als Belebungsbecken zur Abwasserbehandlung ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) einen Düsenkopf (5) aus porösem Material aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) mit einer Druckleitung für hochverdichtetes Gas in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Behälterboden (6) zusätzlich Bodendüsen (7) zum Eintragen von Gas in das Medium angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodendüsen (7) mit schnellöffnenden und schließenden Ventilen in Verbindung stehen.