DE7426603U

DE7426603U - Sauerstofflanze fuer konverter

Info

Publication number: DE7426603U
Application number: DE7426603U
Authority: DE
Original assignee: ITALSIDER SpA GENUA (ITALIEN)
Current assignee: ITALSIDER SpA GENUA (ITALIEN)
Priority date: 1973-08-08
Filing date: 1974-08-05
Publication date: 1977-02-24
Also published as: DE2437644B2; US3957258A; FR2240293A1; DE2437644C3; JPS5729531B2; NL180235C; IT997285B; DE2437644A1; BE818567A; FR2240293B1; GB1470190A; NL7410692A; JPS5072804A

Description

Die E rf L η-.Ium betrifft cine .Sauerstofflanze für Konverter zum Einblasen von Sauerstoff in ein Schlacken enthaltendes flüssiges Metallbad, mit mindestens einer Düse für den Sauerstoffaustritt / v/elche einen sich verengenden, gegen eine Einschnürung konvergierenden Abschnitt undeinen sich erweiternden, von dar Einschnürung aus divergierenden Abschnitt aufweist.

Solche Lanzen dienen insbesondere zum Windfrischen von Roheisen. Dabei nuß d?r Sauterstoffdurchfluß und die Art der Zufuhr 2veckn:li!i'i nestiir.^t v/erden, denn die metallurgischen Resultate der Konversion sind z.3. von der Stückzahl und der Form der Düsen abhängig, durch die sich die Gasstrahlen bilden, welche auf das Metallbad treffen und mit diesen zusammenwirken. Es ist daher erforderlich, die Form der die Sauerstoffstrahlen bildenden Düsen unter den Gesichtspunkt der Strömungslehre sorgfältig zu untersuchen. Der eigentliche Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine verbesserte Lanzenkopfdüse, die eine fJberschallströnung erzeugt, unter besonderer Berücksichtigung der Effekte diesor "~. -i'i^rs tof !strahlen bei ihrem Zusammenwirken mit dem Me talIb-i i.

Din erstrebten metallurgischen Effekte sind insbesondere: hoher :-"ert der Eisenkonvarsion, gute Verteilung des Sauerstoffs in Schlacke und 3ad, hoher Wirkungsgrad des Sauerstoffs Vermeidung des Verspratzens von Metall und Schlacke, Wiederholbarkeit der Resultate, Stabilität derselben auch bei verschiedenen geometrischen Verhältnissen des Konverters oder im Falle von Verschleiß des Düsenendteils.

Die Sauerstofflanze nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Abschnitt der Düse im wesentlichen konkav und deren Einschnürung konvex geformt ist und nicht, wie bisher üblich, beides stunofkegelig.

3ei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lanze ist die Profillinie des divergierenden, konkaven Abschnittes dar Düse/einen einzigen Kurvenast zweiter Ordnung gebildet. n_ei der Kurve kann es sich z.3. um eine Parabel oder einen Kreisbogen handeln, wobei natürlich die Konkavität stets gegen die Düsenachse gerichtet ist.

Die Profillinie des divergierenden konkaven Abschnittes kann aber statt dessen auch aus mehreren mittels z.B. gerader Verbindungsstücke miteinander verbundenen Kurvenästen zusammengesetzt sein und auch Knickstellen aufweisen.

Es ist möglich, daß an der Austrittsöffnung der Düse die Tangente an die Profillinie einen Winkel mit der Düsenachse einschließt oder aber, daß an der Austrittsöffnung der Düse die Tangente an die Profillinie parallel zur Düsenachse verläuft.

Gegenstand, Vorteile und Merkmale der Erfindung v/erden ferner durch die folgende Beschreibung und anhand der beiliegenden Zeichnung von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die Fig. 1 Axialschnitte der zwei erfindungsgemäßen Düsen der beiden Ausführungsformen darstellt. Es werden hier zunächst folgende charakteristische, axialsymmetrische oder nicht axialsymmetrische Abschnitte oder Zonen einer einen Fluidstrahl bildenden Düse definiert, und zwar: der konvergierende Abschnitt 1 ist der erste Düsenteil, der sich vom Anfang bis zur EinschnürungQäer Kehle 2 erstreckt; die Einschnürung 2 ist der Düsenteil im Bereich des engsten Düsenquerschnitts 6 und sie erstreckt sich sowohl vor wie hinter dem Düsenquerschnitt 6 in einer Länge, die ein Zehntel des hydraulischen Durchmessers D des Düsenquerschnitts 6 beträgt. Diese Einschnürung 2 ist durch eine zylinderförmige Oberfläche gebildet und die Länge der entsprechenden Zone schließt die Länge der zylinderförmigen Oberfläche und die davor und dahinter liegenden Strecken 0,JD ein; der divergierende Abschnitt 3 ist der übrige Düsenteil, d.h. der Teil von der Einschnürung 2 bis zur Austrittsöffnung 4, eventuell mit Ausnahme einer Strecke 5, die sich von der Austrittsöffnung 4 über eine Länge von einem Zehntel des hydraulischen Durchmessers D der Einschnürung 2 ins Innere erstreckt. Schließlich wird bei einer axialsymmetrischen Düse als Profil des Längsschnitts oder kurz als Düsenprofil die Profillinie 7 bezeichnet, die sich als Schnittkurve der Innenfläche der Düse (in Kontakt mit der in der Düse strömenden Flüssigkeit) und eiher Halbebene ergibt, die ihren Ursprung auf der Symmetrieachse der Düse hat.

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Nach diesen allgeneinen Definitionen anhand der '<',·■· i.chnu:v; folgt die Erläuterung der erfindungsgern'ißen D^;i3-?n.

Wie aus Fig. 1 und auch aus Fig. 2 ersichtlich, aat 1^r di.v?rgierende Abschnitt 3 bzw. 3' der Düse nicht die üblij.he ir'ejolsRumpfform, sondern ist im wesentlichen, anschließend an einen anfänglich konvexen Unterabschnitt innerhalb <\ⁿr Zono der Einschnürung 2 bzw. 2', wo die Expansion dor Fluidstr^mu^g beginnt, konkav.

Die Profillinie 7 des divergierenden O'i^ernbTchnitto.s 3 hr.i. 3' ist aas dem Ast einer einzigen parabolischen Xiirve gebildet.

Tn jedem Fall wird die so erhaltene Profi!linie

7 in ihrer Gesamtheit nach der konvexen Zone in bereich dor Einschnürung eine konkave Form aufweisen nüsnen, d.h. eine Fr>rn , die dem Strahl ein Expandieren erlaubt und gleichzeitig dessen radiale Komponente beim Düsenai'stritt einschränkt. Am Ende der DuSe₇ genauer des divergierenden Düienabschnittes 3¹ bzw. 3_;kann die Tangente an die Profillinie 7¹ bzw. 7 oarallel zur Düsenachse verlaufen, wie das Fig. 2 zeigt, wo der Winkel 3 ein rechter Winkel ist, bzw. radial nach außen in Richtung eines zweckmäßig gewählten Winkels A divergieren. In diese.i Fall gilt A + 90°>B.

Laborbefunde und metallurgische Analysen haben gezeigt, daß die herkömmlichen Lavaldüsen nicht ausreichen, um Strahlen zu erzeugen, die den jeweiligen Bedingungen entsprechend wirkungsvoll sind.

Es wurde außerdem festgestellt, daß der durch den Batrieb entstehende Verschleiß des Düsenendes sehr nachteilig wirkt. Die erfindungsgemäßen Düssn ermöglichen dagegen eine gute Umwandlung der inneren Energie des Sauerstoffs in kinetische Energie, Verminderung der Dissipatxonserscheinungen, Verringerung der radialen Geschwindigkeitskomponenten im Austrittsabschnitt, Verbesserung des Zusammenwirkens der Strahlen und des Metallbades und geringere Abhängigkeit der Strahlenbeschaffenheit vom Verschleiß des Düsenendes.

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Solche Eigenschaften und eine richtige Aaswahl der Düsenzahl· und des jeweiligen Sauerstufförderdrucks haben zu sehr befriedigenden metallurgischen Ergebnissen geführt.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Sauerstofflanze für Konverter zum Einblasen von Sauerstoff in ein Schlacken enthaltendes flüssiges Metallbad, mit mindestens einer Düse für den Sauerstoffaustritt, welche einen sich verengenden, gegen eine Einschnürung konvergierenden Abschnitt und einen sich erweiternden, von der Einschnürung aas divergierenden Abschnitt aufweist, der im wesentlichen konkav geformt ist. Eine bekannte Lanze mit einer am besten aus den Fig. 2 ur.d 4 der US-PS 3 559 974 ersichtlichen Düse mit einer linier.förmigen Einschnürung und einem die Austrittsöffnong der Düse bildenden divergierenden Abschnitt, von dem nicht mit Gewißheit gesagt werden kann, daß an der Austrittsöffnung die Tangente an die Profillinie parallel zur Düsenachse verläuft, hat aufgrund dieser Merkmale zwei Nachteile. Erstens findet zwischen dem konvergierenden Abschnitt und dem divergierenden Abschnitt an der Einschnürung der Düse ein abrupter übergang der Strömung vom Unter- in den Überschallbereich statt, der nicht erwünscht ist, weil er Störschwingungen und Wxrbel zur Folge hat. Zweitens ändert sich die Strömung an der Austrittsöffnung· der Düse mit fortschreitendem Verschleiß des die Austrittsöffnung bildenden Düsenmaterials, so daß unvorhersehbare störende Effekte auftreten können.

Der Erfindung liegt daher auch die Aufgabe zugrunde, eine Sauerstofflanze der aus der US-PS 3 559 974 bekannten, oben genannten Art zu schaffen, welche diese Nachteile vermeidet und mit. Düsen ausgestattet ist, von denen jede eine ungestörte, zeitlich stabile Strömung erzeugt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einschnürung zwei in den kon- bzw. divergierender Abschnitt übergehende konvexe Zonen aufweist, deren axiale Länge jeweils ungefähr ein Zehntel des Durchmessers des im Bereich dsr Einschnürung liegenden engsten Düsenquerschnittes beträgt, und daß sich an den divergierenden Abschnitt eine die Austrittsöffnung der Düse bildende zylindrische Zone anschließt, deren

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axiale Länge ungefähr ein Zehntel des genannten Durchmesser beträgt. Dadurch wird als erstes erreicht, daß ein allmählicher Übergang vom konvergierenden Abschnitt zur Einschnürung und von der Einschnürung zum divergierenden Abschnitt, stattfindet, welcher bewirkt, daß die im Austrittsquerschnitt des konvergierenden Abschnittes noch Unterschallgeschwindigkeit aufweisende Strönung kontinuierlich auf Schallgeschwindigkeit gebracht wird, die gegebenenfalls in einer zylindrischen Mittelzone der Einschnürung kurze Zeit beibehalten wird, worauf die Strömung ebenfalls kontinuierlich auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird, mit der sie am Eintrittsguerschnitt des divergierenden Abschnittes

( in diesen überwechselt. Dadurch wird zweitens erreicht, daß ein Abbrand des die Austrittsöffnung der Düse bildenden Düsenrandes nicht zu einer sich störend bemerkbar machenden Verkürzung des divergierenden Abschnittes, sondern lediglich zu einer Verkürzung der angefügten Zone führt, die unschädlich ist, weil diese die Strömung beruhigende Zone zylindrisch ist, so daß die Austrittsöffnung dar Düse trotz des Verschleißes am Düsenrand formbeständig bleibt. Es sorgen also die beiden Randzonen der Einschnürung, v/eiche die Einschnürung entweder gemäß Fig. 1 allein oder gemäß Fig. 2 zusaiömen mit einer zylindrischen Mittelzone bilden, und die Randzone an der Austrittsöffnung der Düse dafür, daß die Strömung in der Düse einen möglichst idealen Verlauf nimmt und durch Verschleiß der Düse mittelfristig keine Änderung der

^v Strömungsverhältnisse eintritt.

Aus der DT-OS 1 608 319 ist zwar eine Sauerstofflanze mit mehreren Düsen bekannt, von denen jede einen sich verengenden, gegen eine Einschnürung konvergierenden Abschnitt und einen sich erweiternden, von der Einschnürung aus divergierenden Abschnitt aufweist. Dieser divergierende Abschnitt ist jedoch nicht, auch nicht im wesentlichen, konkav geformt. Die bekannte Lanze ist daher gattungsfremd. Es kommt hinzu, daß es sich bei den Düsen der bakannten Lanze um Venturi-Rohre handelt, die keine jeweils die Austrittsöffnung der Düse bildenden zylindrischen Zonen aufweisen, wie sie für die Düsen der erfindungsgemäßen Lanze kennzeichnend sind. Außerdem sind άχ·3 bei der bekannten Lanze vorhandenen zwei in den konvergierenden Abschnitt bzw. den divergierenden Abschnitt übergehen-

den konvexen Zonen der keine zylindrische Zwischen- oder Mittel zone aufweisenden Einschnürung nicht so bemessen, wie dies für die Erfindung charakteristisch ist, daß nämlich ihre axiale Länge jeweils ungefähr ein Zehntel des Durchmessers des im Bereich der Einschnürung liegenden engstens Düsenquerschnittes beträgt. Bei den Düsen der bekannten Lanze macht die axiale Länge der konvexen Zonen der Einschnürung jeweils ungefähr zwei Zehntel des genannten Durcnmessers aus.

-Ansprüche-

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Claims

A_N SPRÜCHE

1) Sauerstofflanze für Konverter zum Einblasen von Sauerstoff in ein Schlacken enthaltendes flüssiges Metallbad, mit mindestens einer Düse für den Sauerstoffaustritt, welche einen sich verengenden, gegen eine Einschnürung konvergierenden Abschnitt und einen sich erweiternden, von der Einschnürung aus divergierenden Abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Abscnnitt (3; 3¹) der Düse im wesentlichen konkav und deren Einschnürung (2; 2') konvex geformt ist.

2) Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (7; 7¹) des divergierenden, konkaven Abschnittes (3; 3') der Düse durch einen einzigen Kurvenast zweiter Ordnung gebildet ist.

3) Lan.^e nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie des divergierenden, konkaven Abschnittes der Düse aus mehreren Kurve nästen zusammengesetzt ist.

4) Lanze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Austrittsöffnung (4) der Düse die Tangente an die Profillinie (7) einen Winkel (A) mit der Düsenachse einschließt.

5) Lanze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Austrittsöffnung (4¹) der Düse die Tangente an die Profillinie (7¹) parallel zur Düsenachse verläuft.