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Windfrischverfahren im Konverter. Die Erfindung betrifft ein Verfahren,
die Windführung beim Frischen im Konverter so zu gestalten, daß sie die Durchführung
des Frischens in energetischer, stofflicher und zeitlicher (Umsatzsteigerung ) Richtung
mit bedeutend höherem Nutzeffekt gestattet, als dies bisher der Fall war.
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Für das -,#N"indfrischen im Konverter hat die Größe der Badbewegung
und der Geschwindigkeit des Luft- bzw. Gasstrahls beim Durchgang durch das Eisenbad
einen erheblichen Einfluß auf den Oxydationsverlauf. je größer die Gasbewegung ist,
um so inniger und schneller kommen die zu oxydierenden einzelnen Teilchen der Eisenbegleiter
mit dem Sauerstoff der zugeführten Luft .in Berührung. je größer die Windgeschwindigkeit
beim Durchgang durch das Bad wird, um so eher läßt sich bei einem gegebenen ferrostatischen
Druck ein geschlossener Luftstrahl erreichen, auf dessen Mantelfläche die Oxydation
der Eisenbegleiter sich vollzieht. Bei einem geschlossenen Luftstrahl während des
Durchganges der Luft durch das Eisenbad ist die Oxydation gleichmäßig, besonders
während der Entkohlungszeit. Es treten hierbei keine heftigen Eruptionserscheinungen
auf. Ist z. B. die Luftgeschwindigkeit bzw. die kinetische Energie des Luftstrahls,
zumal im unteren Teil des Bades, zu gering, so wird der Strahl infolge der Einwirkung
des ferrostatischen Druckes für einen Augenblick abgeschnürt, bis der Gasdruck vor
der Einschnürungsstelle wieder so weit gestiegen ist, daß die Abschnürung aufgehoben
wird. Auf diese Weise entstehen Gasblasen während der Entkohlungszeit mit vorwiegendem
K ohlenoxydinhalt. Trifft auf diese Gasblasen frischer, kühler Sauerstoff aus dem
nachdrängenden Luftstrahl, so tritt plötzliche Verbrennung zu Kohlensäure ein. Die
starke Gasausdehnung infolge der vollständigen C-Verbrennung ist dann die Ursache
heftiger Eruptionen und starken Auswurfs. Um dies zu vermeiden, ist daher eine dem
ferrostatischen Druck angepaßte Windgeschwindigkeit beim Durchgang durch das Bad
erforderlich, die den geschlossenen Gasstrahl aufrechterhält. Diese für verschiedene
ferrostatische Drücke verschiedene Mindestgeschwindigkeit ist durch mathematische
Berechnungen zu ermitteln. je größer die Geschwindigkeit des das Bad durchquerenden
Luftstrahles ist, desto größer ist auch für die zugeführte Windmengeneinheit die
kinetische Energie, die in Badbewegungsarbeit umgesetzt wird.
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Die zweite Größe, die auf die Badbewe= gungsarbeit von Einfluß ist,
ist die von der Luftaus dem Bad aufgenommene und in Bewegungsenergie umgesetzte
Wärmeenergie. Letztere ist je Gewichtseinheit um so größer, je geringer die Temperatur
des in das Bad eintretenden Luftstrahls und je höher der ferrostatische Druck ist.
Das p, v-Schaubild bietet hierüber Aufschluß. Die Flächenentwicklung des p, v-Schaubildes
hängt ab von der Größe der Wärmeaufnahme unter einem bestimmten Druck des Gasstrahls
beim Durchgang durch das Bad. Im Verfolg der aus Forschungsarbeiten gewonnenen Wärmeübergangsgesetze
strömender
Flüssigkeiten, angewendet auf den Wärmeübergang vom Eisenbad auf den dasselbe durchströmenden
Gas. strahl, hat der Erfinder festgestellt, daß die Wärmeaufnahme der Luft aus dem
Bad bzw. aus der Verbrennung der Eisenbegleiter derart erfolgt, daß währendeines
reinen Si- bzw. P-Verbrennungsabschnitts (beim basischen Verfahren) schon nach drei
Zehntelteilen der gesamten Wegstrecke durch das Bad die Angleichung an die Badternperatur
erfolgt ist, während bei der Entkohlung auf etwa dem sechsten Zehntelteil der Wegstrecke
die Angleichung an die Badtemperatur erfolgt. Diese Feststellung führt bei Aufstellung
des p, v-Schaubilds zu der Erkenntnis, daß eine um so größere mechanische Energie
vom Gasstrom entwickelt werden kann, je höher der ferrostatische Druck und je niedriger
die Lufttemperatur beim Eintritt in das Bad ist. In dem beiliegenden Schaubild (Abt.
i) sind die p, v-Schaubilder je i kg zugeführte Luft für verschiedene ferrostatische
Drücke eingezeichnet, und zwar für eine Lufttemperatur beim Eintritt in das Bad
von 50" C, während der gestrichelte Linienzug des p, v-Schaubilds bei pm
- 1,5 kg i cm-' abs. die Arbeitsfläche für im - 40o` C darstellt
(vgl. die Schaubilder der Abb. i und z der Zeichnung). 1NIan erkennt aus der Darstellung
der Abb. i ohne weiteres, daß die in mechanische Badbewegungsarbeit umgesetzte Energie
bei wachsendein ferrostatischen Druck und fallender Eintrittstemperatur zunimmt.
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Untersuchungen, die der Erfinder an einer Anzahl von Thomas-Konvertern
in der Praxis vorgenommen hat, haben erwiesen, daß der Luftverbrauch und der Energieaufwand
je Tonne Roheiseneinsatz für dieses Frischverfahren die Dauer des Fris.chens und
der Eisenabbrand um so geringer sind, je größer die auf Badbewegung umgesetzte Energie
und je geschlossener der Gasstrahl beim Durchgang durch das Bad ist, d. h. je größer
die Strömungsgeschwindigkeit beim Eintritt in das Bad ist.
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Die aus der Verfolgung der Strömungs-und Wärrneübergangsvorgänge abgeleiteten
Erkenntnisse in Verbindung mit den durch praktische Untersuchungen gewonnenen Erfahrungen
leiten zu folgendem, von der bisher geübten Arbeitsweise abweichenden Verfahren.
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Zur Erreichung einer gesteigerten Badbewegung und eines hohen energetischen,
stofflichen und zeitlichen Nutzeffektes und zwecks Erreichung einer gleichförmigen
eruptionslosen Verbrennung des Kohlenstoffes ist i. .ein hoher ferrostatischer Druck,
d. h. eine große über die heute übliche, von 0,8 bis i m hinausreichende Badhöhe,
anzuwenden und z. die Luft mit niedriger Temperatur dem Bad zuzuführen.
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3. ist die Luftgeschwindigkeit beim Eintritt in das Bad so hoch zu
wählen, daß die kinetische Energie des Gasstrahls ausreicht, um bei gegebenem ferrostatischen
Druck, ein Abschnüren des Gasstrahls beim Durchgang durch das Bad zu verhindern
und den geschlossenen Strahl möglichst bis zurr Badoberfläche aufrechtzuerhalten.
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Da bei zylindrischen Düsen der Luftaustrittsgeschwindigkeit beim Austritt
aus der Düse für den Austrittszustand durch die Schallgeschwindigkeit ;eine Grenze
gesetzt ist, kann man zur Erreichung der angemessenen Luftstrahlgeschwindigkeit
bei großer Badhöhe die Düsen als Lavaldüsen (,divergent) ausbilden. Hierbei kann
ein hoher Druck im Windkasten Anwendung finden, wodurch ebenfalls die Windführung
mit größerem Nutzeffekt bewirkt wird. Um die Reibungsarbeit in' den Düsen bei den
gesteigerten Geschwindigkeiten - der geförderten Luft möglichst zu verringern, können
bekannte geeignete mechanische Mittel, z. B. Glasieren der Düsen, Einziehen von
glattgezogenen Röhren geeigneten Stoffes in die Düsen usw., angewendet werden.