DE8333564U1 - Vorrichtung zum Entschwefeln von Eisenschmelzen - Google Patents

Description

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Erfindung betrifft eine Vorrichtung sum Entschwefeln von Eisen*· und Stahl-Schmeluen mittels Einbringen von Sntechwefelungsmitteln in die Schmelze«

Da sowohl der Hochofen ale euch der Sau«Catoffblaekonverter begrenzte EatechwefelungBmögliehkeiten bieten, nüssen zur Erzeugung von vielen StählgUten das Roheisen bzw. der Stahl ausserhalb dee Hochofens bzw« des Konverters entschwefelt werden« Das flüssige Eisen/ Stahl wird folglich in metallurgische Gefüsse abgefüllt_; und es wer-

den mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen Substanzen zugesetzt, die in der tage sind, bei hohen Temperaturen und unter reduzierenden Bedingungen mit dem in den schmelzen enthaltenen Schwefel Verbindungen einzugehen, welche sich in der über der Schmelze befindlichen Schlackenschi cht absetzen« Solche Substanzen sind beispielsweise CaSi, CaC₂, CaO oder Gemische aus CaO und CaF₂· Die Vorrichtung begreift im wesentlichen einen Entschwefeltmgsmittel enthaltenden und unter Argon Druck stehenden Vorratsbehälter, der fiber eine Zellenrad-Durchblas-Schleuse mit einer unter Druck stehenden Argon-Quelle und einer Argon-Feststoff-Leitung (im folgenden Zufuhrleitung genannt) verbunden ist, welche in eine bewegliche Tattchlanze attndet. Die verschiedenen Leitungen und die Lanze haben praktisch einen konstanten Querschnitt. Dm das TrSgergas mit einer veränderlichen Menge an Entschwefelungsmitteln beladen zu kennen, weist die Zellenrad-Durchblas-Schleuse einen stufenlos regelbaren Antrieb auf.

Da der hohe am Lanzenkopf herrschende ferrostatische Druck sowie das - umgebende flüssige Eisen bei ungenügendem Gasdruck in kürzester Zeit

ein Zusetzen des Lanzenkopfes herbeifuhren, wird üblicherweise eine unter hohen Druck (etwa 7 bar) stehende Argonquelle verwendet. Man glaubt dadurch nicht nur den erwünschten hohen Trttgergas-Druck in der Lanze aufrechtzuerhalten.sondern zusätzlich durch die resultierende groese Geschwindigkeit der Enteehwefelungeinlttel die erforderliche innige Durchnieehung der Entsehwefelungsmittel mit der Schmalze zu erwirken. Nachteilig bei dieser Vorgehanswelse ist nicht nur, dass das verwendete Argon teuer ist, sondern insbesondere, dase die groiszügig bemessenen Mengen an Trägergas einen kühlenden Effekt auf die Schmelze ausüben und dass Auswürfe von flüssigem Metall aus der Pfanne stattfinden. Ausserdem entstehen meistens heftige Schwingungen in der Lanze, welche eine verkürzte Lebensdauer des Lanzenkörper β und der Aufhangungevorrichtung zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die oben erwähnten Nachteile vermeidet und das Einfuhren von Entschwefelungsmltteln in die Metall-Schmelze mit minimalen Mengen an Trägergas erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfladungsgeffiMes dadurch gelöst, dass sieh der Querschnitt der Zufuhrleitung oder der Tauchlanze auf mindestens einer Distanz von 0,5 m vermindert, wobei, jegliche plötzliche QuerechnittverKnderung vermieden wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den UnteransprUchen wiedergegeben.

Die der erfindungegemHssen Vorrichtung zugrunde liegende Idee geht von der wohlbekannten Beobachtung aus, dass, wenn man beispielsweise Luft durch ein Röhr in Wasser hineinblSsst, sich Blasen bilden. Bedenkt man nun, dass flüssiger Scahl eine 15-20 mal gröSsere Oberflgehenspannung besitzt als Wasser, wird offenkundig* dass im Grunde bei Entschwefelungsanlagen die Neigung zur Blasenbildung an der LanzenmUndung erheblich 1st. Bei einer solchen Blasenbildung dürfte das Gas periodisch stark abgebremst werden,was Schwingungen in der Lanze zur Folge haben müsste. Sun muss aber bedacht werden, dass das Gas mit Festkörpern beladen Is^ deren Bewegvmgsdynamik auch eine Rolle spielt. Da aber die Zufuhrleitungen (welche Im Grunde als Beschleunlgungsstrecke der Festkörper fungieren) und das Lanzenrohr annä-

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hemd gleichen Querschnitt haben, nimmt gezwungenerweise die Konzentration der Festkörper Im Gas zur Lanzentntindung hin kontinuierlich ab* Folglich wird hler die Feetkörperdynamlk von der Gasdynatalk beherrscht; ein durch die Blasenbildung bedingtes Abbremsen» annähernd bis zum Stillstand des Trägergases, hat ein periodisches starkes Abbremsen (und teilwelees) Absetzen der Festkörper im LanzenfflUndunge-Inneren und an der Lanzenmündung selbst zur Folge.

Durch eine Erhöhung der Gasgeschwindigkeit wurde versucht, die BIasenbildung von der LanzenmUndung wegzuverlagern und somit das Absetzen der Festkörper zu unterbinden. Die Erhöhung der Gasgeschwindigkeit kann entweder durch Herabsetzung des Druckes der TrHgergaequelle oder durch Einbau einer Düse in die LanzenmUndung erwirkt werden. Die HeraufSetzung dee Quellendrucks fuhrt zu einem prohibitiven Argonverbrauch und wurde von der Anmelderin nicht weiter in Betracht gezogen. Eine Verminderung des Durchmessers (von 18 auf 14 mm) des Lanzenrohrs auf den letzten Zentimetern vor den Austritt führte jedoch bei identischem Quellendruck weder zu einer ausgeprägten Verminderung der Verstopfungsneigung noch zu einer Verminderung der Vibrationen.

Diese lokale Verminderung des Durchmessers der Lanzenmtindung hat zwar eine erhebliche Beschleunigung des Trägergases zur Folge, d*ch ist die Beschleunigung der Festkörper infolge ihrer Trägheit und der Kürze der Beschleunigungsetrecke nur recht bescheiden.

Die Anmelderin hat nunmehr versucht, den dominierenden Einfluss des Gases auf die physikalischen Vorgänge an der LanzenmUndung durch drastische Erhöhung der Konzentration der Festkörper an dieser Stelle herabzusetzen.Diese Konzentration sollte derart groß sein_fdaß das Gas und der Feststoff einen Verbund darstellen, in den die verschiedenen Komponenten annSherBd gleiche Geschwindigkeit besitzen* Die Kompönenten sollten geschwindigkeitömSsöig in stetiger Wechselwirkung zueinander stehen. Dieser Verbund dürfte dann eine derartige Trägheit besitzen, dass das der Blasenbildung zugrundeliegende Abbremsen an der Lanzenmündung wirkungsvoll vermieden wird, d.h. durch Absorbieren des Gases auf der PsrtikeCtberfläche gelangt das Gas tiefer

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In das Stahlbad. Dies eetzt natürlich voraus, dass die Gas-Feststoff geschwindigkeit einen Mindestwert nicht unterschreitet.

Un einen derartigen Verbund zu erlangen, muss die eingange beschrie-

S bene Vorrichtung abgeändert werdenι und zwar derart, dass entweder die Zufuhrleitungen oder die Lanae eine sich auf längere Distanz erstreckende Querschnitteverengung aufweisen; hier können die Geschwindigkeiten de» Gasea und der Festkörper eich aneinander anpassen und die Konzentration der Feetetoffβ Im Gas, welche in einen geraden Rohr bei zunehmender Gasgeschwindigkeit abnimmt, bleibt hier Infolge der Querachniftteverengung im wesentlichen konstant. See Anbringen einer Querachnittaverengung am Ausgang oder in Nahe der Zellenradschleuse, wo die Festkörper lediglich kleine Geschwindigkeiten besitzen, würde natürlich zu Verstopfungen führen. Folglich ist es angebracht, die erfindungsgemässe Querschnittsverengung ent* weder unmittelbar vor der Lanze oder in der Lanze selbst vorzusehen. In Anbetracht der Tatsache, dass die Querechnittsverengungen einer erheblichen Abnutzung unterworfen sind und die Tauchlanzen generell eine extrem kurze Lebensdauer aufweisen, erscheint der zweite vorhin

ZO angeschnittene Weg vorteilhaft, da man das gewünschte Rohr-Profil aus einem relativ weichen, billigen Stahl herstellen kann. Ausserdem kann hier des Öfteren das Profil etwaigen AendertUgen der zu fördernden Menge an Feststoff, deren Körnung usw. angepasst werden. Prinzipiell kann jedoch auch die erfindungsgemässe Querschnitts-

Verengung vor der Tauchlanze vorgesehen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Ee zeigen

- die Fig. 1, 2, 3 schematische Längsschnitte von verschiedenen Ausfünrunggfoxmen der erfindungsgemässen Tauchlanze.

Bei den drei dargestellten Lanzen beträgt die Länge jeweils 4n, wobei die Lanze Im Ober den Badspiegel herausragt. Um sowohl ein Zusetzen der Lanzenmündung als auch ein Aufplatzen des Gas-Festkörperstrahles, welche? von Blasenbildung begleitet wird, zu unterbinden, muss der Strahl an der Lanzemnündung einen dem umgebenden flüssigen

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Elsen annähernd angepassten Druck besitzen. Erfahrungsgemäss sollte der Druck des Strahles an der LanzenmUndung Im vorliegenden Fall etwa 3,5 bar sein.

Ein zweiter wichtiger Funkt, welcher die Ausbildung des Querschnitt-Profils massgeblich beeinflusst, ist der Quellendruck und natürlich der durch die Länge der Zufuhrleitungen bedingte (Üblicherweise relativ kleine) Druckverlust. Der verbleibende Druckunterschied muss nun ita Profil derart abgebaut werden, dass keine plötzliche Gasbeschleunigung erfolgt, welche ausserstande ist, die Festkörper mitzureissen. Vorteilhaft ist, soweit mit den oben angegebenen Zwängen vereinbar, ein Profil zu wählen, das zu einer linearen Geschwindigkeitserhöhung des Gases führt. Man erhält jedoch kein derartiges Profil, wenn beispielsweise der Quellendruck zu klein ist.

Die Gasdichte (1,78 kg/m³ für Argon) und der Korndurchmesser der Feststoffe (etwa lmm) zeigten bei unseren Versuchen nur einen untergeordneten Einfluss auf die Ausbildung des Profils. Der Beladungsfaktor des Gases wird hingegen primär durch die Vorgänge unmittelbar hinter der Zellenrad-Durchblas-Schleuse bestimmt (Verstopfungsneigung) und beträgt je nach Auslegung 5-25 Liter Gas pro kg Festkörper. Eine grobe Körnung der Festkörper erhöht auf der einen Seite die Verstopfungeneigung in Zellenrad-Nähe (Trägheit der Festkörper), erlaubt aber auf der anderen Seite eine steilere Profilverengung in der Tauchlanze (grössere Angriffsfläche der Festkörper fUr das sich beschleunigende Gas).

Bel den verschiedenen Figuren ist auf der Abzisse die Lanzenfläche in m aufgetragen; die Ordinatenachse zeigt den Lanzendurchmesser in mm.

Diese Lanzen sind geeignet,unter folgenden Bedingungen zu arbeiten:

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	Zu fordernde Menge Festkörper	Spez. Gewicht ! Festkörper	Diameter Festkörper	LSnge Zu- | fuhrleitungI
Fig. 1	80 kg/min.	I 1.400 kg/m3 I	ι i 1,5 mm	30 m I
Fig. 2	30 kg/min.	I [ 1.000 kg/m3 I	I 1 mm I	3 m I
Fig. 3	50 kg/min.	! 1.000 kg/m3	I 1 mm	10 m I
	Gasquellendruck	Querschnitt Zufuhrleitung	Beladungs faktor
Fig. 1	11 bar	25 mm	25 l/kg
Fig. 2	7,9 bar	14,3 mm	15 l/kg I
Fig. 3 I	25 bar	25 mm	I 25 l/kg I

Bei der auf Fig. 1 dargestellten Lanze vermindert sich der Querschnitt kontinuierlich auf der ganzen Länge bis zur Lanzenmtlndung hin. Auf Fig. 2 weisen die letzten zwei Meter vor der LanzenmUndung einen konstanten Querschnitt auf. Da bei einer Tauchlenze hier die grössten Abnutzungeerscheinungen auftreten, ist diese AufUhrungsform besonders kostengünstig: die Lanze wird zweiteilig hergestellt, ein oberer Teil mit QuerechnittverHnderung gefolgt von einem einfachen Rohr, das des öfteren ausgewechselt wird.

Falls mit einer unter hohem Druck stehenden Gasquelle gearbeitet wird, weist das Lanzenrohr zwecks Anpassung an den ferrostatischen Druck zur Lanzenmtindung hin eine leichte Querechnlttvergröeeerung auf (siehe Flg. 3).

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In vorliegenden Fall fällt der Lanzendurchmesser von 25 mm am Lanzeneingang auf etwa 6,7 mm (Distanz: 1,5 m vom Lanzenende) und vergrBssert sich dann wieder auf 8 mm an der Lanzenndlndung.

Die obigen Betrachtungen wurden für Lanzen und Zufuhrleitungen von kreisförmigem Querschnitt angestellt. Doch dürften diese genausogut für Leitungen von beispielsweise ovalem Querschnitt zutreffen. Auch wurden lediglich kontinuierliche Querechnittveränderuugen beschrieben. Man könnte jedoch auch erwägen, die erforderliche Querschnitt- veränderung "stufenweise" vorzunehmen, d.h., dass Querschnittverminderungen mit Leitungsteilen von .konstantem Querschnitt abwechseln.

Claims (9)

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1. Vorrichtung zum Entschwefeln von Eisenschmelzen, umfassend eine unter Druck stehende Gasquelle, Mittel zum Beladen de» Gases mit Feststoffen sowie diesen Mitteln nachgeschaltete Zufuhrleitungen, welche in eine Tauchlanze münden, dadurch gekennzeichnet, dass eich der Querschnitt der Zufuhrleitung oder der Tauchlanze auf mindestens einer Distanz von 0,5 m vermindert, wobei jegliche plötzliche Querschnlttveranderung vermieden wird.

2. Vorrichtung gemMss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt auf einer Distanz von mindestens 1,5 m vermindert.

3. Vorrichtung gemMss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt kontinuierlich vermindert.

4. Vorrichtung gemüse Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt stufenweise vermindert d.h., dass Querschnittverenguuges mit Leitungestücken von konstantem Querschnitt abwechseln, wobei die verschiedenen Leitungsabschnitte progressiv, ineinander übergehen.

5. Vorrichtung gemüse einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die QuerschnittverMnderung ausschliesslich In dem Lanzenkörper selbst ausgebildet ist.

6. Vorrichtung gemüse einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querechnittverminderung sich bis zur LanzenmUndung hin erstreckt.

7. Vorrichtung gemMss einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die LanzenmUndung einen konstanten Querschnitt aufweist.

8. Vorrichtung geaäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze aus zwei Teilen besteht, wobei ein Teil eine Querechnittveründerung aufweist und der andere Teil aus einen Rohr von im wesentlichen konstantem Querschnitt besteht.

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9. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Lanze sich in LanzenmUndungsnShe und zur Lanzenmllndung hin progressiv erhöht.

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