DE6605697U - Metallurgische lanze - Google Patents

Description

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£ Fra. .ei am Main 70

Sdwieckenhofsir. it - Tel,617079 25. Februar 1970

Gzx/goe UNION CARBIDE CORPORATION

Metallurgische Lanze.

Die Neuerung betrifft eine metallurgische Lanze zum Raffinieren von Metall durch Einblasen eines Gasstromes in ein Bad aus dem geschmolzenen Metall. Insbesondere betrifft die NeuB.^ .. rung eine solche Lanze, durch welche der Gasstrom sich mit dem geschmolzenen Metall umsetzen kann, ohne ein größeres Verspritzen des Metalls zu verursachen. Die Neuerung ist besonders geeignet zur Herstellung von Stahl _Λ wobei ein Strom von Sauerstoff in die Schlacke eingeführt werden kann, die das geschmolzene Metall bedeckt. Hierbei können die Austrittsöffnungen für den Sauerstoff höher über der Schlack© angeordnet ξsin, als es bisher möglich war.

Beim Raffinieren von metallurgischen Bädern, z_oB. bei der Herstellung von Stahl ist es üblich, metallurgische Lanzen zu verwenden, die so angeordnet sind, daß sich die Austrittsöffnungen für das Gas nur wenige Zentimeter über der Badoberfläche befinden. Durch diese Vorrichtungen werden zur Raffinierung des Metalls große Mengen von gasförmigem Sauerstoff eingeführte Bei der Herstellung von Stahl im Offenherd-Verfahren ist es üblich,

HlHWElS: Diese Unterlage (Beschreibung und Schurzanspr.) ist die zuletzt eingereichte; sie weicht von der Wortfassung der ursprünglich eingereichten Unterlagen ab. Die rechtliche 3edeu?ung der Abweichung ist nicht geprüft. Die ursprünglich eingereichten Unterlagen befinden sich in den Amtsakten. Sie können jederzeit ohne Nochweis eines rechtlichen Interesses gebüh- . renfrei eingesehen werden. Au' Antrag werden hiervon auch Fotokopien oder Rlmnegativs zu den üblichen Preisen geliefert. —/ — Bp (5.6?) Deutschet Patentamt, Gtbravcfisitiusltnltlle

die Sauerstofflanze mit ihren Austrittsdüsen in der den geschmolzenen Stahl bedeckenden Schlacke anzubringen·

Die bekannten metallurgischen Lanzen bestehen im allgemeinen aus einer Anzahl von konzentrisch angeordneten Rohren, die eine Reihe von Durchgängen bilden· Diese Rohre werden an ihrem oberen Ende durch einen Verteiler zusammengefaßt und gehalten. An ihrem unteren Ende haben sie ein oder mehrere Öffnungen zum Austritt des Gases· Die behandelnden Gase und das Kühlwasser werden getrennt in den Verteiler eingeführt und fließen durch getrennte parallel der Längsachse verlaufende Durchgänge gegen das untere Ende der Lanze. Dieses untere Ende ist üblicherweise aus Kupfer hoher Leitfähigkeit hergestellt. Das Ende ist so gebaut, daß die behandelnden Gase durch ein oder mehrere Öffnungen in das metallurgische Bad eintreten. Das Kühlwasser läuft durch das untere Ende um und kehrt zurück zu einem Auslaß in dem Verteiler, von wo es abgezogen

Wenn man ein metallurgisches Bad mit einem Strom von Gas behandelt , z.B. mit Sauerstoff, Argon, gepulvertem KaXk in einem gasförmigen Träger, Fluor und dergleichen, so ist es in der Regel erwünscht, daß die Gase tief in das Bad eindringen, ohne daß ein übermäßiges Verspritzen des Metalls stattfindet· Ein Verspritzen des Metalls ist unerwünscht, da es die Wandungen des Ofens aus feuerfestem Material zerstören kann. Ferner blei-

ben Teilchen von geschmolzenem Metall und von der Schlacke an der äußeren Oberfläche der Lanze haften, wo sie sich allmählich in der Nachbarschaft der Austrittaöffnungen für das Gas aufbauen. Um ein tiefes Eindringen des Gases in das Bad ohne ein heftiges Verspritzen zu erreichen, ist es üblich, die metallurgischen Lanzen mit ihrer Austrittsöffnung in der Nähe der Oberfläche oder in der Schlacke anzuordnen, did das geschmolzene Metall bedeckt.

Wenn man metallurgische Lanzen mit ihrem Austrittsende in der Nähe der metallischen Oberfläche verwendet, so zerstören verspritzte Metallteilchen zusammen mit der ausgestrahlten starken Hitze in diesem Gebiet die Lanze schnell, so daß ihre Gebrauchsdauer sehr kurz ist· Unter normalen Betriebsbedingungen ist die Lebensdauer einer Lanze bestimmt durch die Zeit, die erforderlich ast; um die Diisen und Austriifisoffiruiigen 3.H:ssli~ lich so -weit abzutragen, daß die Wasserführungen freigelegt werden· Venn das.. Abtragen einmal begonnen hat, schreitet es gewöhnlich mit steigender Geschwindigkeit fort. Bs würde unpraktisch und unwirtschaftlich sein, das untere Ende einer solchen Lanze neu zu polieren, zu glasieren und zu überziehen, us ihre Lebensdauer zu verlängern und ein weiteres Abtragen zu verzögern·

Zur Zeit gibt es keine allgemein anerkannte Methode, das Verspritzen von Metall zu verringern, wenn die Lanze mit ihrem Austrittsende etwa einige Zentimeter über de« Bade angeordnet ist· Es ist aber bei den meisten Verfahren sehr erwünscht, daß der Gasstrom in das geschmolzene Metall eindringt, und es wird angenommen, daß eine Mindestmenge von Gas erforderlich ist, um ein solches Bindringen zu ermöglichen·

Das Eindringen des Gases in das Metall ist von besonderer Wichtigkeit bei den meisten Verfahren zur Herstellung von Stahl· Es wurde gefunden, daß beim Arbeiten in einem offenen Herde ein schlechtes Eindringen von Sauerstoff zum Raffinieren des Metalls die Zerstörung des Ofendaches beschleunigt· Ein wesentlicher Grund dieser Zerstörung ist die Strahlung von der Schlakke, die auf dem geschmolzenen Metall schwimmt· Ein großer Teil des Sauerstoffs, der nicht tief in das Metall eindringt» wird in der Schlacke gelöst. Da die Schlacke üblicherweise erhebliche Mengen von gelöstem Eisen enthält, so setzt sich der in der Sehlacke verbleibende Sauerstoff mit dem Eisen unter Bildung von Eisenoxyden um· Diese Reaktion ist exotherm und erhöht die Temperatur der Schlacke so, daß eine größere Wärmemenge su dem Dach des Ofens ausgestrahlt wird.

In gewissen metallurgischen Verfahren ist das Verspritzen nicht so kritisch wie in anderen· Beim basischen Sauerstoffverfahren beispielsweise zur Herstellung von Stahl, ist infolge der Geometrie des Ofens das Verspritzen von Metall kein größeres Problem. Hierbei verwendet man daher häufig metallurgische Lanzen zur Einführung eines SauerstoffStrahles aus Höhen von etwa 75 cm oder mehr über der Oberfläche des geschmolzenen Bades. Fachleute glauben jedoch, daß auch bei diesem Verfahren, wie auch bei den meisten anderen Verfahren, ein Eindringen des Gasstromes in das Metallbad von Wichtigkeit ist ο

Bei dem basischen Sauerstoffverfahren sollen durch das Eindringen des Sauerstoffs zwei Zwecke erreicht werden: Erstens wird dadurch eine Durchwirbelung des Bades erreicht, die von vielen Fachleuten als notwendig angesehen wird, um die Umsetzung zwischen den verschiedenen Bestandteilen des Bades zu beschleunigen. Es wird ferner angenommen, daß das Eindringen des Sauerstoffs die Geschwindigkeit der Oxydation des Kohlenstoffs beschleunigt. Demnach kann angenommen werden, daß insgesamt weniger Sauerstoff verbraucht wird, wenn er tief in das Bad eindrangt, als wenn er lediglich die Metalloberfläche

Der Hauptgrund für den Betrieb einer Lanze in Höhen von 75 cm oder mehr über der Badoberfläche liegt in der Verlängerung der

Lebensdauer· Da Lanzen für dieses basische Sauerstoffverfahren in der Regel etwa zehnmal so viel kosten, wie die Lanzen, die in offenen Herdofen verwendet werden, ist dieser Umstand von Wichtigkeit.

Es wird angenommen, daß nur ein kleiner Teil des Sauerstoffs aus Lanzen, die 75 cm oder mehr über der Metalloberfläche angeordnet sind, sich mit dem Metall umsetzen. Ein erheblicher Teil des eingeführten Sauerstoffs geht also verloren· Es ist ferner notwendig, um ein gutes Eindringen des Sauerstoffs zu ermöglichen, den Gasstrom der Lanze unter einem Druck von etwa 7,75 kg/cm zuzuführen. Das kann verglichen werden mit einem Druck von etwa 3i5 kg/cm für Lanzen in offenen Herdofen«

Aufgabe der Neuerung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Einführen eines Gasstromes in eine geschmolzene Masse aus Metall bedeckt mit einer Schicht von Schlacke. Der Gasstrom soll die Schlacke durchdringen und tief in das geschmolzene Metall eindringen, ohne daß ein wesentliches Verspritzen des Metalls stattfindet, selbst wenn der Gasstrom mit Hilfe der Lanze aus großen Höhen über der Badoberfläche zugeführt wird. Dadurch werden die Lebensdauer des Ofens und de? Lanze verlängerte

Gemäß der Neuerung ist die Lanze zur Lösung der Aufgabe gekennzeichnet durch eine zentral angeordnete Austrittsöffnung

für das behandelnde Gas ι konzentrisch darum angeordnete Austrittsöffnungen für ein die Verbrennung förderndes Gas und außen konzentrisch angeordnete Austrittsöffnungen für ein brennbares Gas· Auf diese Weise kann ein Strom auf einen oder mehreren Gasen zum Raffinieren von Metall in ein geschmolzenes Metallbad eingeblasen werden, wobei dieser Gasstrom im wesentlichen über seine ganze Länge hinweg von einem ihn radial zusammenhaltenden GasstromE?.antel umgeben ist, der aus einem brennbaren Gas mit einem die Verbrennung unterhaltenden Gas gebildet wird·

Die Neuerung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben·

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein gefülltes metallurgisches Gefäß zusammen mit einer Lanze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung,

Fig* 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch eine Lanze nach Fig. 1,

Fig. 3 oine Aufsicht auf das untere Ende der Lanze entsprechend der Linie 3-3 der Figo 2,

Fig· 4 einen Längsschnitt durch eine andere rieuerungsgemäße Lanze,

Figo 5 eine Aufsicht auf das untere Ende der Lanze nach Fig.4 entsprechend der Linie 5-5 äer Fig. 4, und

Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt eines Teiles der Lasse nach Fig. 4, der die Austrittsöffnungen im Längsschnitt wiedergibt·

In der Fig. 1 wird difc Anwendung der Neuerung bei dem basischen Sauerstoffverfahren zur Herstellung von Stahl gezeigt· Das Gefäß 10 besteht aus einem Stahlmantel 11, dessen Wandungen 12 und dessen Boden 13 nrit feuerfestem Material ausgekleidet sind. Die Ausgangsstoffe für die Herstellung von Stahl, wie Rohreisen« Schrott, Kalkstein, Legierungen und dergleichen können durch die Öffnungen 14 in das Gefäß eingefüllt werden und bilden dort das Metallbad 15· Eine Lanze l6 wird dann über dem Bad angeordnet. Aus ihr tritt ein Strom von Behändlungsgas, um das Metall zu raffinieren. Die Höhe des Austrittsendes der Lanze über dem Bad wird vorzugsweise während des ganzen Betriebes konstant auf etwa 10 bis 100 cm über der Badoberfläche gehalten· Diese Höhe hängt ab von der Tiefe des Bades₄ seiner Temperatur und der Menge des χίΑαβϊιηττχσ&η Sauerstoffs. Tri der Re¹¹¹Si bestellt

das Behandlungsgas aus Sauerstoff, obwohl man auch andere Gase verwenden kann, wie z.B. gepulverten Kalkstein in Sauerstoff als Trägergas.

Bin verbrennbares Gas, z.B. Methan wird durch den Einlaß F dem Verteiler 17 am oberen Ende der Lanze zugefügt. Ein die Verbrennung unterstützendes Gas, wie Luft oder Sauerstoff wird ebenfalls durch den Einlaß 0 dem Verteiler 17 zugeführt. Ein Kühlmittel wird durch den Einlaß C zugeführt und tritt durch den Auslaß C ausο Die Gasströme treten mit geringer Geschwindigkeit aus dem unteren Ende der Lanze aus. Hierbei bildet sich ein hohler Gasstrom aus einem brennbaren Gasgemisch, der nach der Entzündung eine Hülle l8 in Form einer Flamme zwischen dem unteren Ende der Lanze bis zu etwa der Oberfläche der Schlacke bildet. Es ist wesentlich, daß die das brennbare j Gasgemisch bildenden Gas« so austreten können, daß ein hohler

Gasmantel entsteht. Dann führt man den Hauptstrom des behandelnden Gases 19 dem Verteiler 17 der Lanze zu. Dieses Gas tritt durch eine besondere Leitung der Lanze mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der gasförmigen Ummantelung l8 aus. Die in der Ummantelung durch Verbrennung entstehenden erhitzten Gase halten das Behandlungsgas so zusammen, daß es durch die Schlackenschicht hindurch tief in das geschmolzene Metallbad eindringen kann. Ein seitwärtiges Entweichen des Behandlungsgases wird damit verhinderte

Das basische Sauerstoffverfahren wird durch die Neuerung verbessert, da die Ausnutzung des Sauerstoffs besser ist·

Bei «iner Höhe des= Düsen von etwa iO bis etwa iöO cm über der Oberfläche des Bades dringt das behandelnde Gas bei einem niedrigen Druck tief in das geschmolzene Metall ein. Die Vorzüge dieses Bindringens sind oben erwähnt worden·

Die Lanze gemäß der Neuerung kann bei beliebigen metallurgischen Prozessen verwendet werden, wo ein Gasstrom in ein geschmolzenes Metallbad eingeführt werden soll« Man kann z.B. gemäß der Neuerung Chlor oder Fluor in ein Aluminiumbad einführen, teilweise oxydierte Kohlenwasserstoffe in ein Kupferbad, gepulverte Legierungen von Nickel und Magnesium in einem inerten Trägergas in Kulpol-Eisen, oder pulverförmigen Kalkstein in einem Sauerstoffträgergas in sin Stahlbad «inbrisg

Die neuer^ungsgemäße Lanze nach den Fig. 2 und 3 enthält ein zentral angeordnetes inneres Rohr 20, das in eine Öffnung 21 am unteren Ende der Lanze mündet· Dieses innere Rohr 2O dient als Leitung für den Hauptstrom des behandelnden Gases. Eine zweite Leitung 23 umgibt das Rohr 2O, wobei ein ringförmiger Durchlaß 22 für das die Verbrennung unterstützende Gas geschaffen wird. Die Rohre 20 und 23 sind mit der Hauptzufuhr 24 verbunden· Diese gemeinsame Zufuhrverbindung wird aber nur dann

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verwendet, wenn das behandelnde Gas und das die Verbrennung unterstützende Gas beides Sauerstoff sind. Wenn man ein anderes Behandlungsgas, ζ·Β_β Fluor, zuführen-will, ist es erforderlich, das Bphr 20 durch die ganze Länge der Lanze hindurchzuführen und es mit einer Zufuhr für Fluorgase zu verbinden. Auch die Leitung 23 muß dann entsprechend so gebildet sein, daß über die ganze Länge hinweg ein ringförmiger Durchlaß für das die Verbrennung unterstützende Gas entsteht.

Eine Leitung 26 umgibt das Rohr 23· Hierbei entsteht ein ringförmiger Durchlaß 25 für das brennbare Gas, z.B. Methan.,Weitere Leitungen 2δ und 30 iönnen die Leitung 26 umgeben und bilden ringförmige Durchlässe 27 und 29 für das Kühlwasser. Alle diese Leitungen enden in einem Verteiler 31ι der das obere Ende der Lanze abschließt* Im Betriebe führt man das brennbare Gas (Methan) durch den Einlaß 32 dem Verteiler 31 zu, von wo es durch den ringförmigen Durchlaß 25 zu dem unteren Ende der Lanze fließt. Sauerstoff gelangt durch den Einlaß; <33 zu dem Verteiler 31 *"icl fließt durch den Durchlaß 24. Ein kleiner Teil des Sauerstoffstromes wird durch die Öffnungen 3¹^ in der Kappe 35 in- den ringförmigen Durchlaß 22 abgeleitet. Der größte Teil des Sauerstoffs fließt durch die zentrale Leitung 20 und tritt am unteren Ende, aus der Lanze aus·

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Das brennbare Gas aus der Leitung 2p und ein Teil dee Sauerstoffes aus der Leitung 22 bilden beim Austreten aus der Mündung der Lanze einen hohlen brennbaren Gasstrom,der nach Ent= zündung in Form einer Flamme einen Hantel bildet· Die Hauptmenge des Sauerstoffs aus dem Rohr 20 wird mit hoher Geschwindigkeit zentral innerhalb dieses Mantels ausgestoßen«

Um einen guten Hohlmantel zu bilden, ist es notwendig, das brennbare Gas und den Sauerstoff, die das Gasgemisch bilden, mit geringer Geschwindigkeit im Vergleich zu der Austrittsgsschwindigkeit des Hauptsauerstoffstromes austreten zu lassen· Infolge der Ausdehnung der Gase durch die Verbrennung nähert sich die Strömungsgeschwindigkeit des Flammenmantels derjenigen des Hauptsauerstoffstromes.

Die Fig. 4. 5 und 6 zeigen eine andere Äu^führuagsfor» d*r· Lss= ze. Bin inneres Rohr 40 bildet einen zentralen Kühldurchlaß 4l in der Lanze. Eine zweite Leitung 42 umgibt das Rohr 4θ und bildet einen ringförmigen Durchlaß für den Sauerstoffstrom. Eine dritte Leitung 44 umgibt die Leitung 42 und bildet einen ringförmigen Durchlaß 45 für das brennbare Gas. Eine vierte •^eitung 46 umgibt die Leitung 44 und bildet einen ringförmigen. Durchlaß 47 für den Rückfluß des Kühlmittel«, das durch das Rohr 40 zugeführt wird.

Die Leitungen 42, 44 und 46 sind an ihren oberen Enden durch den Verteiler 48 abgeschlossen. Am unteren Ende befindet sich die -Düse 50. Diese Düse hat schulterförmige Vorsprünge 52, 54, 56 und 58 zur Aufnahme der Enden der ringförmigen Leitungen, die hier durch Schweißen oder Löten befestigt sein können.

Die Düse ist zweckmäßigerweise ein geeignet geformter Block aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer. Die Düse 50 hat eine weite zentrale Bohrung 511 die kurz vor der unteren Oberfläche 60 endet. Die schulterförmige Erhöhung 52 am oberen Ende der Bohrung 51 nimmt das innere Rohr 40 auf. Zwischen den Schultern 52 und 54 ist eine ringförmige Oberfläche 53t die den ringförmigen Durchlaß 43 abschließt. Eine entsprechende ringförmige Oberfläche 55 befindet sich zwischen den Schultern 54 und 56 und schließt den zwei ten ringförmigen Durch laß 45 ab. Öffnungen 57 erstrecken sich von der Oberfläche bis auf Bruchteile von Zentimetern zu der unteren Oberfläche 60. In den Zeichnungen sind sechs Öffnungen 57 für Sauerstoff gezeigt, man kann aber natürlich auch eine größere oder kleinere Zahl verwenden. Bohrungen 59 sind vorgesehen, die mehrere im Abstand befindliche Öffnungen 6l für Sauerstoff bilden, die den Hauptsauerstoffstrom umgeben₀

Diese Bohrungen sind so angeordnet, daß in sie Sauerstoff aus der Hauptleitung 57 eintreten kann. Es ist vorzuziehen, genug

Mündungen 6l vorzusehen, so daß jede Öffnung 57 vollständig von ihnen umgeben ist. Öffnungen 63 für das brennbare Gas befinden sich in einem Abstand von einem Bruchteil eines Zentimeters auf der unteren Oberfläche 60. Durchlässe 65 für Kühlwasser erstrecken sich radial von der zentralen Bohrung 51 zu den Rückleitungen 47 für das Wasser. Gestrichelt ist in Fig. 5 ein Durchlaß für Kühlwasser zwischen jedem Paar von zusammengehörenden Öffnungen für den Sauerstoff gezeigt.

Das brennbare Gas, das durch die Öffnungen 53 austritt, formt beim Betriebe eine brennbare Mischung mit dem Sauerstoff aus den Öffnungen 6l. Nach der Entzündung entstehen mehrere ringförmige, innen hohle Plammenmäntel. Der Hauptstrom des Sauerstoffs aus der Öffnung 57 ist also vollständig umgeben und zusammengehalten durch einen solchen Flammenmantel·

Es wurde gefunden, daß mit Hilfe der neuerungsgemäßen Lanze und durch eine geeignete Anordnung des Flammenmantels der Querschnitt des zentralen Sauerstoffstromes von der Düse an auf eine vertikale Entfernung bis zu über 120 cm im wesentlichen konstant gehalten werden kann« Beim Einführen eines solchen Gasstromes in ein geschmolzenes Metallbad wird ein tiefes Eindringen mit einem Minimum von Verspritzen erreicht. Dies tritt für einen ganzen Abstandsbereich zwischen Metallbadoberfläche

und Lanze ein. Die Wirkung der Flamme und der heißen Verbrennungsprodukte ist die, den Befcandlungsgasstrom zu ummanteln, wenn er in das geschmolzene Metall geführt wird, so daß der Behandlungsgasstrom nach dem Entweichen aus der Lanze nicht auseinanderlaufen kann·

Um einen geeigneten Flammenmantel zu erhalten, ist es notwendig, die Menge des brennbaren Gases und das die Verbnennung unterstützenden Gases genau zu regeln« Hierfür verwendet man von beiden gerade so viel, als notwendig ist, um eine axiale kontinuierliche Flamme zu bilden, die von der Mündung der Lanze bis auf die Oberfläche der Schlacke reicht. Bei Verwendung größerer Mengen des brennbaren Gases oder des die Verbrennung unterstützenden Gases entsteht eine Turbulenz um den Hauptgasstrom, so daß ein stärkeres Verspritzen der Schlacke und des Metalls eintritt. Wenn man z.B. aus einer Höhe von etwa 23 cm über der Oberfläche des Metallbades stündlich einen Strom von Jk m Argon zuleitet, so braucht man stündlich 1,12 m^J Methan und 0,85 m Sauerstoff» Alle diese Werte sind bezogen auf einen Druck von einer Atmosphäre und 21°C Bei einem anderen Beispiel befand sich die Lanze etwa 46 cm über der Oberfläche des Bades, Zum Behandeln des Bades wurden stündlich 2Jo m~ SauerstoTf zugeleitet· Dem Flammenmantel wurden stündlich

3 3

26,9 m Methan und 7,1 m^J Sauerstoff zugeführt· Die optimale

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Strömungsgeschwindigkeit des brennbaren Gases ändert sich nicht - wie man «rwai/ten könnte - in direktem Verhältnis mit der Strömungsgeschwindigkeit des Hauptstromes· Für eine Düse einer gegebenen Abmessung ist die Menge des brennbaren Gases abhängig von der Höhe der Lanzenmündung über der Schlacke. Diese Höhe entlang der Längsachse der Lanze wird gemessen und ist der Abstand auf dieser Achse zwischen der Hündung der Lanze bis zur Oberfläche der geschmolzenen Schlacke«

Es wurde ferner für zweckmäßig gefunden, den Hauptbehandlungsgasstrom mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, vorzugsweise mit Schallgeschwindigkeit, das brennbare Gas und das die Verbrennung unterstützende Gas jedoch mit geringerer Strömungsgeschwindigkeit zu führen·

Bs ist wie gesagt, notwendig, daß der Flammenmantel den Strom des Hauptgases vollständig umhüllt. Wenn also der Hauptgasstrom mit einem elliptischen Querschnitt austritt, muß der Flammenmantel ebenfalls einen elliptischen Querschnitt haben·

Eine gute Ummantelung erhält man durch die Verbrennung eines brennbaren Gases mit Sauerstoff· In der Beschreibung sind solche Flammenmäntel genannt· Man kann die Flammenmäntel aber auch so erzeugen, daß man ein brennbares Gas und ein Oxydatici mittel gesondert verbrennt und dann die heißen Verbrennungsgase den Mantel bilden läßt*

Um einen guten Mantel aus verbranntem Gas zu bilden, ist es zweckmäßig, etwa 7 i/2 bis 62 1/2 % derjenigen Sauerstoffmenge zu verwenden, die stöchiometrisch für die Verbrennung des Kohlenwasserstoffs erforderlich ist· Diese Mengen sind abhängig von dem Durchmesser des Hauptgasstromes und von der Höhe der Lanzenmündung über dem Metallbade.

Wenn der Flammenmantel außerdem eine Heizwirkung hat, so ist das rein zufällig. Der Gegenstand der Neueroing ist nicht ein Brenner, da das Verhältnis des Sauerstoffs zum brennbaren Gas für die Erzeugung großer Wärmemengen nicht geeignet ist· Nach den neuesten Theorien werden etwa 2 Volumteile Sauerstoff zur Verbrennung von einem Volumteil Methan gebraucht. Dieses Ver- Tnäl+.-nxn kann zur ID**3eu.s!issc sixisr* stäricÄ!* oxvdisrssd^n Flsstss noch erhöht werden auf etwa 3>0:l, oder es kann zur Erzeugung einer reduzierenden Flamme auf etwa l,7ü erniedrigt werden· In jedem Falle wäre es für die Wärmeverwertung unpraktisch, einen Brenner mit einem Verhältnis wesentlich unter 1,7ϊ1 zu verwenden, da das brennbare Gas hierbei nur unvollständig verbrannt würde_e Derartige Flammen würden auch eine niedrigere Temperatur haben, und die Wärmeübertragung wäre weit langsamer als von der Flamme hoher Temperatur. Um den Flammenmantel mit Hilfe der Lanze der Neuerung zu bilden, sind geeignete Mengenverhältnisse zwischen Sauerstoff und Methan etwa 0,15:1 bis zu 1:1. _/-

Verwendet man Sauerstoff in größeren Mengen, so wird die Flamme turbulent und bildet daher nicht mehr einen zusammenhängenden Mantel. Die Folge wäre wieder ein Verspritzen des geschmolzenen Metalls durch den Gasstrom.

Wie schon bemerkt, schädigen die hohen Temperaturen in metall urgischen Öfen, insbesondere für die Herstellung von Stahl, die unteren Enden der Lanzen* Wenn man die Lanzen innerhalb der Schlackenschicht nur wenige Zentimeter geschmolzenen Metalls verwendet, ist ihre Lebensdauer sehr kurz. Sie kann durchschnittlich vielleicht fünfundzwanzigmal kürzer oder noch wenicger gebraucht werden. Eine Anordnung der Lanze in größerer Höhe verlängert ihre Lebendauer erheblich. Die bei Verwendung von üblichen Lanzen auftretenden Schwierigkeiten bei einer höheren Anordnung über des; Bad sind erstens ein erhebliches Verspritzen von geschmolzenem Metall mit einer Schädigung der feuerfesten Auskleidung und zweitens eine Abnahme des Eindringens des Gases in die Schlacke und das Metall, wodurch auch «ine Schädigung des Ofendaches bewirkt wird, sowie drittens •ine geringere Ausnutzung des verwendeten Gasstromes.

Versuche haben gezeigt, daß bei Verwendung der Neuerung auch bei größeren Höhen über dem Bad das Gas tiefer eindringt, ohne daß dabei ein Verspritzen stattfindet· Die hierbei erhaltenen Ergebnisse worden verglichen mit Ergebnissen beim Arbeiten

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mit üblichen Lanzen. Die Versuchsergebnisse sind unten in einer Tabelle zusammengefaßt. In allen Fällen waren die verwendeten Gasarten und Gasmengen dieselben. Der einzige Unterschied bestand darin, daß in dem einen Falle der Gasstrom mit einem Flammenmantel umgeben wurde, während im anderen Falle ein solcher Mantel nicht vorhanden war. Jede der Lanzen war in derselben Höhe über einem Wasserbad angeordnet. Die Höhe wurde gemessen als der senkrechte Abstand zwischen der Oberfläche des Wasserbades und der Düse jeder Lanze. Ein Behälter mit durchsichtigen Wandungen wurde verwendet, um das Eindringen des Gases in das Wasser verfolgen zu können.

	Bindringen von Sauerste	ff bei der Neuerung und	m-Vhr	bei bekannten	Lanzen.	•	CM	1	• * # ·
	Sauerstoff wurde zugeleitet Mundstück mit einem Durchnie	in eine Menge von 238 sser von 1,27 cm.	7,1		3 nr stündlich durch ein		58,4	to O	• * · ·
Bemerkung:		dem Bad Methan-Strom Sauerstoffstrom bei der Neuerung	7,1	Eindringen nouarungs gemäß bekannt	53,3	I	• *
Höhe über	m-Vhr	7,1	cm	48,3		• * · ·
cm	2,0	7,1	6l,0	40,6
7,6	5,0	7,1	59,7	35,6		■ · ι
15,2	9,1	7,1	58,4	1 30,5		• · · 4
22,9	15,3	7,1	55,9	25,4		• « • · · 4 • · ■ ·
30,5	17,0	7,1	54,6	21,6
38,1	26,8	7,1	52,1	19,0
45,7	32,6	7,1	48,3	12,7
53,3	39,6		43,2
6i,o	48,1		38,1
68,6	58,0		30,5
76,2
			Ό

Die Vorteile der Neuerung werden erreicht, unabhängig von der¹ Zusammensetzung des Haupt gas stromes·

Claims (6)

1. Metallurgische Lanze zum Raffinieren von Metall durch Einblasen eines Gasstromes in ein Bad aus dem geschmolzenen Metall, gekennzeichnet durch eine zentral angeordnete Austrittsöffnung (21}57) für das behandelnde Gas, konzentrisch darum angeordnete Austrittsöffnungen (22{59) für ein die Verbrennung förderndes Gas und außen konzentrisch angeordnete Austrittsöffnungen (25163) für ein brennbares Gas.

2· Lanze nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ableitungen, die von der Leitung für den Strcm des behandelnden Gases zu den Austrittsöffnungen für das die Verbrennung fördernde Gas führen.

3· Lanze nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Schultern innerhalb der Düse, welche die Leitungen für die anderen Gase tragen.

4» Lanze nach Ansprüchen 1 bis 3t gekennzeichnet durch konzentrisch angeordnete Leitungen für ein Kühlmittel.

5· Lanze nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Durchlaß zwischen der Leitung für das Kühlmittel, in welchen an einem Ende das brennbare Gas eintritt und am anderen Ende austritt«

6. Lanze nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere besondere Leitungen für das brennbare Qas, die in einen Verteiler münden und zu konzentrisch um die Austrittsöffnungen für das die Verbrennung unterstützende Gas angeordneten Austrittsöffnungen führen-

7» Lanze nach Anspruch 6« gekennzeichnet durch mehrere Austrittsöffnungen für das behandelnde Gas, die in einem spitzen Winkel zur Achse der Lanze angeordnet sind, und von denen jede konzentrisch durch Austritte· öffnungen für das brennbare Gas und für das die Verbrennung fördernde Gas umgeben sind·

8« Lanze nach Anspruch 7₅ dadurch geken n— zeichnet, daß sie mit einem Mantel für eine Kühlflüssigkeit umgeben ist·

9· Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen für die Gase gegen die Oberfläche des unteren Endes der Lanze zurückversetzt sind·