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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine multifunktionelle Lanze zur Verwendung in einer Vakuumentgasungskammer.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, um entweder unter intermittierender
oder kontinuierlicher Verwendung einer derartigen Lanze, die mehreren
Operationen von Vorwärmen
einer Vakuumentgasungsvorrichtung (welche im allgemeine eine Vakuumentgasungskammer,
eine Evakuierungseinrichtung, eine Gießpfanne usw. umfaßt) zum
Vakuumfrischen, Steuern der Zusammensetzung und dergleichen eines
geschmolzenen Stahls; Erhöhen
der Temperatur von innerhalb der Vorrichtung enthaltenem geschmolzenen Stahl;
Blasen von gasförmigen
Sauerstoff zum Entkohlen und Frischen des geschmolzenen Stahls und
Einblasen eines pulverförmigen
Entschwefelungsmittels und dergleichen zum Steuern der Zusammensetzung des
geschmolzenen Stahls kontinuierlich durchzuführen.
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Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung eine multifunktionelle Lanze gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1. Eine derartige Lanze ist aus
JP 06 074 425 A bekannt, welches einen Mehrzweckbrenner
für die
Entfernung von Anhaftungen in einem Kessel durch Erwärmen, Vorerwärmen des
Kessels, eine Temperaturerhöhung
des geschmolzenen Metalls in dem Kessel und eine Verbesserung des
Frischungsverhaltens aufgrund von Aufblasen von Pulver offenbart.
Der aus diesem Dokument nach dem Stand der Technik bekannte Brenner
weist einen Kanal für
Brennstoffgas und einen Kanal für
ein Verbrennungsunterstützungsgas
auf. Beide Gaskanäle
sind ringförmig,
nebeneinander vorgesehen und von einem wassergekühlten Mantel umgeben. Konzentrisch
zu diesen Gaskanälen
ist ein Aufblas-Innenkanal vorgesehen, welcher in gleicher Weise
durch einen wassergekühlten
Mantel umgeben ist, welcher die Gaskanäle von dem Aufblas-Innenkanal trennt.
Der Gasaufblas-Innenkanal liefert Sauerstoff zu seinem abstromseitigen
Ende.
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Der in
JP 06 074 425A offenbarte Brenner
kann für
ein weiteres (sekundäres
Frischen bezeichnetes) Frischen verwendet werden, um Hochgütestahl
zu erzeugen. Für
ein derartiges sekundäres
Frischen umfaßt ein
vorherrschendes Verfahren das Aufblasen von Sauerstoff auf den geschmolzenen
Stahl, welcher innerhalb der Vakuumentgasungs kammer gehalten wird
(welche hierin nachstehend oft als "Entgasungskammer" bezeichnet wird), um eine Entkohlung
durchzuführen.
Jedoch kann bei einer derartigen Entkohlungsfrischung die Temperatur
des geschmolzenen Stahls zu stark abgesenkt werden, wenn die Kammer
unzureichend vorgewärmt
ist, oder ein reibungsloser Betrieb kann durch die Anhaftung einer
großen
Menge von Rohmetall an der Innenwand der Entgasungskammer unterbrochen
werden.
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Demzufolge wurden verschiedene Gegenmaßnahmen
untersucht und implementiert, wie z. B. Vorwärmen der Entgasungskammer selbst,
Anheben der Temperatur des geschmolzenen Stahls usw. Vor kurzem wurde
in JP-A-Hei6-73431 (der Begriff "JP-A", wie er hierin verwendet
wird, bezeichnet eine "ungeprüft veröffentlichte
Japanische Patentmeldung")
eine Vakuumentgasungsvorrichtung, welche auch als eine sogenannte "komplexe Lanze 1", wie sie in der
vorliegenden 4 dargestellt
ist, vorgeschlagen, welche einen Sauerstoffblasabschnitt mit einem
in ihrem axialen Kern vorgesehenen Verengungsabschnitt 15,
einen sich nach unten erstreckten Abschnitt 16, der mit
dessen unteren Seite verbunden ist, und ein Gasbrennstoffzuführungsloch 17,
welches sich in den nach unten erstreckenden Abschnitt 16 öffnet, umfaßt. Diese
Vakuumentgasungsvorrichtung soll sehr günstige Auswirkungen auf das
Blasen von Sauerstoff auf den geschmolzenen Stahl, das Erwärmen des
geschmolzenen Stahls durch Verbrennen von gasförmigen Brennstoffen mit Sauerstoff
und für die
Verhinderung der Anhaftung von Rohmetall an der Entgasungskammer
usw. weiter durch die Verwendung nur einer einzigen komplexen Lanze 1 erzielen.
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Jedoch wird gemäß dem in JP-A-Hei-6-73431 offenbarten
Aufbau der komplexen Lanze lediglich ein gasförmiger Brennstoff aus dem Düsenabschnitt
ausgeblasen und mit Sauerstoff gemischt. Demzufolge hat sich der
dadurch bereitgestellte Wärmewert
praktisch als unzureichend für
die Vorwärmung
der Innenseite der Entgasungskammer herausgestellt. Ferner wird
wegen des extrem einfachen Aufbaus das Auftreten der nachstehenden
Probleme in der Praxis erwartet:
- (1) Der Aufbau
arbeitetet nur, wenn eine spontane Zündung bei der Mischung des
Sauerstoff und des gasförmigen
Brennstoffes erfolgt, und die Temperatur daher nicht sofort angehoben
werden kann, sobald die Temperatur innerhalb der Entgasungskammer
sich abgesenkt hat. Ferner ist die Zuverlässigkeit sehr schlecht.
- (2) Ferner verbleibt sogar in dem Falle, daß eine spontane Zündung erfolgt,
wenn aus irgendeinem Grund das Brenngas während des Betriebs ausgelöscht wird,
die Gefahr einer Explosionsauslösung,
da das Brennstoffgas das Innere der Kammer füllt.
- (3) Daher dauert vom Standpunkt der Sicherheit aus, der erforderliche
Vorwärmvorgang
der Entgasungskammer eine derart lange Zeit, daß die Produktivität verringert
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung versucht
die vorstehend beschriebenen Probleme durch die Bereitstellung einer
multifunktionellen Lanze für
eine Vakuumentgasungsvorrichtung zu überwinden, welche in der Lage
ist, nicht nur einen Vorwärmbetrieb
in einer sicheren Weise in einer kürzeren Zeitdauer durchzuführen, sondern auch
Sauerstoff einzublasen, der die Temperatur des geschmolzenen Stahls
erhöht,
die Vakuumentgasungsvorrichtung selbst zu erwärmen und den geschmolzenen
Stahl zu frischen und dessen Zusammensetzung zu steuern, indem pulverförmiges Entschwefelungsmittel
und dergleichen alles unter Verwendung derselben Lanze zugeführt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt
die vorliegende Erfindung eine multifunktionelle Lanze gemäß Definition
in Anspruch 1 bereit. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lanze
sind in Ansprüchen 2
bis 5 definiert.
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Die Erfindung umfaßt auch
ein Verfahren zum Anwenden der erfindungsgemäßen Lanze gemäß Definition
in Anspruch 6. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in Anspruch 7 definiert.
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1(a) ist
eine axiale Schnittsansicht einer Ausführungsform der multifunktionellen
Lanze gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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1(b) ist
eine Draufsicht auf die Ausführungsform
von 1(a);
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2 stellt
ein Vorwärmstadium
eines Entgasungsbehälters
unter Verwendung der multifunktionellen Lanze gemäß der vorliegenden
Erfindung dar;
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3 stellt
ein Entkohlungsfrischungsstadium eines geschmolzenen Stahls unter
Verwendung der multifunktionellen Lanze gemäß der vorliegenden Erfindung
dar;
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4 stellt
eine vertikale Schnittsansicht einer komplexen Lanze nach dem Stand
der Technik dar;
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5(a) ist
eine axiale Schnittansicht entlang der Linie A-A von 5(b) einer multifunktionellen
Lanze gemäß einer
weiteren Ausführungsform
gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die mit einer Lanze, welche insbesondere
für das
Einblasen eines Pulvers parallel zu dem Brenner verwendet wird, und
mit einer Abschnittsplatte 29 zum Aufbauen eines definierten
Pfades für
den Kreislauf von Kühlwasser
versehen ist;
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5(b) ist
eine Draufsicht auf die Ausführungsform
von 5(a);
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6(a) ist
eine axiale Schnittansicht einer multifunktionellen Lanze gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, welche mit einer Lanze versehen ist,
welche insbesondere für
das Einblasen eines Pulvers an der Stelle des Brenners verwendet
wird;
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6(b) ist
eine Draufsicht auf die Ausführungsform
von 6(a); und
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7 stellt
ein Stadium des Einblasens von Pulver auf den geschmolzenen Stahl
im Falle dar, daß Pulver
einer Aufwärtssauerstoffblaslanze
zugeführt
wird.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Eine vollständigere Erläuterung der vorliegenden Erfindung
erfolgt nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, welche bevorzugte,
jedoch nicht einschränkende
Beispiele der vorliegenden Vorrichtung und des Verfahrens veranschaulichen.
In den Zeichnungen ordnet die nachfolgende Liste die angegebenen
Bezugszeichen den zugeordneten Komponenten zu:
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- 1
- Multifunktionelle
Lanze
- 2
- Düse
- 3
- Pfad
für gasförmigen Sauerstoff
- 4
- Nicht
brennbare, transparente Platte
- 4'
- Öffnung
- 5
- Sensor
- 6
- Verbrennungsvorrichtung
- 7
- Pfad
für Fluidbrennstoff
- 8
- Pfad
für Verbrennungsgas
(z. B. Luft)
- 9
- Zündkerze
- 10
- Vakuumentgasungskammer
(Entgasungskammer)
- 11
- Schlackenpfanne
- 12
- Gießpfanne
- 13
- Geschmolzener
Stahl
- 14
- Legierungstrichter
- 15
- Verengungsabschnitt
- 16
- Sich
nach unten erstreckender Abschnitt
- 17
- Brennstoffgas-Zuführungsabschnitt
- 18
- Wassergekühlte zylindrische
Aufblassauerstofflanze
- 19
- Wasserkühlmantel
- 20
- Innenrohr
- 21
- Außenrohr
- 22
- Fluidbrennstoff
- 23
- Verbrennungsgas
(z. B. Sauerstoff)
- 24
- gasförmiger Sauerstoff
- 25
- Kühlwasser
- 27
- Schmelze
- 28
- Pulver
- 29
- Abschnittplatte
für Kühlwasser
- 30
- Pulverkompressionszuführungsbehälter
- 31
- gasförmiger Stickstoff
- 32
- Pulverzuführungsdruck
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Eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Zeichnungen für einen
Fall beschrieben, welcher vier Brenner umfaßt.
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Gemäß 1(a) und 1(b) basiert
eine multifunktionelle Lanze 1 für eine Vakuumentgasungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung auf einer wassergekühlten
zylindrischen Aufblassauerstofflanze 18 mit einem Pfad
für gasförmigen Sauerstoff 3 und
einer Düse 2,
welche auf den geschmolzenen Stahl aufzublasenden Sauerstoff zuführen. Die
Aufblassauerstofflanze 18 ist ferner von einem Kühlwassermantel 19 umgeben,
und eine Querschnittsplatte für
das Kühlwasser 29 ist
in der multifunktionellen Lanze, nämlich in dem Kühlwassermantel 19.
angeordnet. Eine Vielzahl von Rohren sind zwischen dem Kühlwasseraußenmantel 19 und
der Aufblassauerstofflanze 18 vorgesehen, um Pfade 7 für einen
Fluidbrennstoff 22 und Pfade 8 für ein Verbrennungsgas
(z. B. Sauerstoff) 23 bereitzustellen. Das abstromseitige
Ende der Rohre enthält
eingebaute Verbrennereinrichtungen 6 (hierin nachstehend
einfach als "Brenner 6" bezeichnet).
Die Brenner 6 sind im allgemeinen in einem Doppelrohraufbau
so vorgesehen, so daß ein
Fluidbrennstoff (z. B. LPG) 22 durch das Innenrohr 20 strömt und ein
Verbrennungsgas 23 für
den Brennstoff durch das Außenrohr 21 strömt. Ein wichtiger
Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Zündkerze 9 (an
dem abstromseitigen Ende des Innenrohrs 20) an wenigstens
einem der mehreren Brenner 6 angeordnet ist, so das ein
Funke erzeugt wird, um das den Fluidbrennstoff 22 und das
Verbrennungsgas 23 umfassende Gasgemisch zu zünden. Auf
diese Weise kann das Auftreten eines Verlöschens während des Betriebs des Brenners
verhindert werden.
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In der vorliegenden Erfindung ist
ferner zur Steigerung der Funktion der Verhinderung des Verlöschens eine
aus Quarzglas oder dergleichen bestehende nicht brennbare transparente
Platte 4, an den abstromseitigen (d. h., an der der Düse auf der
konzentrischen Achse gegenüberliegender
Seite) des Zylinders angebracht, welcher als der Pfad für den gasförmigen Sauerstoff 3 verwendet
wird, so daß das
Innere dadurch beobachtet werden kann, und ein Sensor (z. B. ein
Ultraviolettdetektor) ist für
die Detektion der Flamme vorgesehen. Wenn keine Flamme durch den
Sensor 5 detektiert wird, wird die Zufuhr des Fluidbrennstoffs 22 und
des Verbrennungsgases 23 zu dem Brenner 6 beendet
und ein Signal gesendet, um mit einem Inertgas, wie z. B. N2 zu spülen.
Ferner wird eine kleine Menge an Hilfssauerstoff für die Unterstützung der
Verbrennung gleichzeitig der Düse 2 zusammen
mit der Zuführung
des Fluidbrennstoffes 22 zugeführt, um so die hohe Temperatur durch
Stabilisierung der Flamme in der Nähe der Düse 2 auf einer vorbestimmten
Temperatur zu halten. Auf diese Weise werden Falschalarme aus dem
Sensor 5 verhindert.
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Das Verfahren zur Anwendung der multifunktionellen
Lanze 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer Vakuumentgasungskammer 10 wird nachstehend
beschrieben. Die Innen- und Außenrohre
(d. h., die Pfade 7 und 8 für den Fluidbrennstoff bzw.
das Verbrennungsgas) der Brenner 6 werden zuerst mit einem
Inertgas, wie z. B. gasförmigem
N2 für
eine vorbestimmte Zeitdauer gespült,
und nach der Zuführung
eines Fluidbrennstoffes 22 und eines Verbrennungsgases 23 zu
dem mit einer Zündkerze
ausgestatteten Brenner wird der Brennstoff durch Erzeugung eines
Funken gezündet.
Nach der Bestätigung
der Zündung
des Brennstoffs unter Verwendung des Detektionssensors 5 für die Flamme
oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer wird der Fluidbrennstoff 22 und
das Verbrennungsgas 23 den anderen Brennern 6 zum
Starten der Verbrennung zugeführt.
Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer wird die Verbrennungsflamme
mit dem Sensor 5 überwacht.
Wenn die Flamme detektiert wird, wird die Zuführung des Fluidbrennstoffs
und dergleichen fortgesetzt, wenn aber die Flamme nicht detektiert
wird, ist die Flamme erloschen und das Innere des Brenners 6 wird
dann mit einem Inertgas, wie z. B. gasförmigem N2 gespült. Gleichzeit
mit der Zuführung
des Fluidbrennstoffes 22 zu dem Brenner 6 wird
eine kleine Menge Sauerstoff der Düse 2 zugeführt, um
die überwachte
Flamme auf einer hohen Temperatur zu halten, um dadurch das Auftreten
einer Fehlfunktion des Sensors 5 zu verhindern. Natürlich wird,
wenn ein Verbrennungsfehler auftritt, die Zuführung des Hilfssauerstoffs
für die
Unterstützung
der Verbrennung zu dem Zeitpunkt gestoppt, an dem die Auslöschung detektiert
wird, und statt dessen gasförmiges
N2 zugeführt.
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Andererseits wird, wenn Aluminium
dem geschmolzenen Stahl 13 innerhalb der Vakuumentgasungskammer 10 zugeführt wird,
um die Temperatur anzuheben, oder im Falle, daß eine Frischung, wie z. B.
eine Entkohlung oder dergleichen durchgeführt wird, wird gasförmiger Sauerstoff
von der Düse 2 aus
eingeblasen, um die Oxidationsreaktion zu beschleunigen. In einem
solchen Falle wird keine Erwärmung
durch den Brenner 6 der (Vakuum-) Entgasungskammer 10 oder
des geschmolzenen Stahls 13 durchgeführt. Statt dessen wird eine
vorbestimmte Menge Inertgas, wie z. B. gasförmiges N2 dem Brenner
zugeführt,
um eine Verstopfung an dem vorderen Ende des Brenners aufgrund von
Spritzern und dergleichen zu vermeiden.
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Im Falle einer Durchführung einer
Zusammensetzungssteuerung, wie z. B. einer Entschwefelung durch
Zusetzten eines pulverförmigen
Entschwefelungsmittels und so weiter zu dem geschmolzenen Stahl 13 innerhalb
der Vakuumentgasungskammer 10, wird das Pulver von einer
Sauerstofflanze oder einer speziell vorgesehenen Lanze eingeblasen.
Wenn eine spezielle Lanze verwendet wird, wird die Erwärmung der
Entgasungskammer 10 unter Verwendung des Brenners 6 und
durch Einblasen von Sauerstoff aus der Düse 2 beendet und statt
dessen ein Inertgas, wie z. B. gasförmiger N2 (Stickstoff)
der Düse 2 und
dem Brenner 6 in einer vorbestimmten Menge zugeführt, um
eine Verstopfung des vorderen Endes jeder Lanze aufgrund von Spritzern
und dergleichen zu verhindern.
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Beispiel 1
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Eine multifunktionelle Lanze 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde auf eine Vakuumentgasungsvorrichtung 10 eines
RH-Typs (Umlaufentgasung) angewendet. Da zuerst das Anhaften einer
großen
Menge von Rohmetall an den Innenwandoberflächen der bei der Vakuumfrischung
verwendeten Entgasungskammer 10 festgestellt wurde, wurde
das Rohmetall während
einer Unterbrechung des Betriebs entfernt, und gleichzeitig die
Entgasungskammer 10 für
den nächsten
Betrieb vorgewärmt.
Nach der Plazierung eines (als "Schlackepfanne") bezeichneten Behälters 10 für die Aufnahme
der Schmelze 27 (z. B. Rohmetall, Schlacke usw.) an der
Unterseite der Entgasungskammer 10 gemäß Darstellung in 2 wurde eine multifunktionelle
Lanze 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung von der Oberseite der Entgasungskammer 10 aus
eingeführt
und positioniert. Dann wurde gemäß dem Aufwärmverfahren
der Entgasungskammer 10, wie vorstehend beschrieben der
Brenner 6 der multifunktionellen Lanze 1 verwendet,
um die Entgasungskammer 10 vorzuwärmen. Der Vakuumentgasungsbehälter 10 ist
ein RH-Typ-Vakuumentgasungsbehälter, welcher
180 Tonnen geschmolzenen Stahl verarbeiten kann und die Vorwärmung der
Kammer wurde für
fünf Stunden
insgesamt unter Verwendung von gasförmigen Propan als den Fluidbrennstoff
durchgeführt,
welcher mit einer Strömungsrate
von 60 Nm3/h für vier Stunden und mit 134
Nm3/h für
1 Stunde zugeführt
wurde. Während
dieses Prozesses wurde die Temperatur der Innenwand der Kammer von
1045°C auf
1400°C angehoben.
Demzufolge wurden die Entfernung des Rohmetalls und die Vorwärmung reibungslos
ohne irgendeine Auslöschung
durchgeführt.
Die für
die Vorwärmung
erforderliche Zeit war etwa 70% der Zeit, die im Falle der Verwendung
einer herkömmlichen
Lanze 1 gemäß Darstellung
in 4 erforderlich ist.
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Dann wurde unter Verwendung der vorgewärmten Vakuumentgasungskammer 10 die
Entkohlungsschmelzung eines geschmolzenen Stahls 13 ausgeführt. Der
geschmolzene Stahl 13 wurde in die Gießpfanne 12 geleitet
und der untere Abschnitt der Entgasungskammer wurde darin eingetaucht.
Somit wurde die Schmelze durch Zirkulieren des geschmolzenen Stahls 13 unter
Vakuum zwischen der Gießpanne 12 und
der Entgasungskammer durchgeführt.
In diesem Falle wurde gemäß Darstellung
in 3 die multifunktionelle Lanze 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung von der oberen Seite der Entgasungskammer 10 aus
eingeführt und
so positioniert, daß gasförmiger Sauerstoff 25 unter
vorbestimmten Bedingungen auf den geschmolzenen Stahl 13 mittels
einer Düse 2 aufgeblasen
wurde. Die Konzentration von in dem geschmolzenen Stahl in der Gießpfanne
(12) enthaltenem Kohlenstoff (C), unmittelbar nach der
Ausgabe aus dem Konvertierungsofen war 496 ppm. Somit wurde unter
Verwendung der Lanze gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer RH-Typ-Vakuumentgasungskammer (10) der
geschmolzene Stahl einer Sauerstofflanzenfrischung unter Vakuum
bei einer Sauerstoffströmungsrate
von 20 Nm3/Min für eine vorbestimmte Zeitdauer
unterworfen. Nach 23 Minuten wurde eine Verringerung der
Kohlenstoffkonzentration des geschmolzenen Stahles auf den Bereich
eines extrem niedrigen Kohlenstoffanteils von 20 ppm festgestellt.
Demzufolge wurde festgestellt, daß die Entkohlung des geschmolzenen
Stahls 13 reibungslos in einer Weise durchgeführt, die
mit einem eine herkömmliche
Lanze 1 von 4 verwendenden
Fall vergleichbar ist.
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Beispiel 2
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Unter Bezugnahme auf
7 wird ein Beispiel von Einblasen eines
Entschwefelungsmittels auf der Basis von CaO unter Verwendung einer
multifunktionellen Lanze gemäß der vorliegenden
Erfindung nachstehend beschrieben. Das Pulver wurde über die
Lanze unter Bedingungen wie folgt eingebracht:
| Menge
des eingeblasenen Entschwefelungsmittels: | 6,7
kg/t geschmolzener Stahl |
| Blasrate: | 100
bis 126 kg/min |
| Blasdauer: | 15
bis 18 Minuten |
| Strömungsrate
des Trägergases: | 3,0
Nm3/Min |
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Als Ergebnis wurde der Schwefelgehalt
auf 15 ppm oder weniger reduziert.
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Wie es vorstehend beschrieben wurde,
kann ein sichererer Vorwärmungs-,
Entkohlungsfrischungs- oder Entschwefelungsbetrieb oder irgendeine
Kombination dieser Operationen jederzeit unter Verwendung derselben
Lanze gemäß der Erfindung
und in einer kürzeren
Zeit durchgeführt
werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail unter
Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben wurde, dürfte es
sich verstehen, daß verschiedene Änderungen
und Modifikationen ohne Abweichung von dem Schutzumfang und dem
Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden
können.