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Blasdüse bzw. -form für Schmelzöfen, insbesondere Hochöfen Bei Schmelzöfen,
insbesondere Hochöfen, werden zum Einblasen heißer Luft in den Ofenraum an die Luftzuleitung
angeschlossene Düsen verwendet, welche die Ofenwand durchsetzen und nur mit einem
Teil ihrer Länge in den Ofenraum hineinragen. Bei Hochöfen ist die Lage der Düsen
etwas oberhalb der Oberfläche der Schlacke gewählt. Düsen dieser Art sind besonders
der im Ofen herrschenden Temperatur ausgesetzt und durch das beim Nachfüllen des
Ofens abstürzende Material beansprucht.
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Die Erfindung geht von Blasdüsen bzw. -formen derjenigen Art aus,
bei welchen das Wasserzuleitungsrohr zum Düsenkopf zwischen einem äußeren und einem
inneren Düsenmantel geführt ist und mindestens der äußere Düsenmantel aus einem
spiralförmig gewickelten Rohr besteht, welches einen kleinen Querschnitt besitzt
und an den Kühlmittelumlauf angeschlossen ist. Bei einem sehr alten, für die Verwendung
in der Praxis völlig ungeeigneten Vorschlag ist der innere, aus einer Rohrspirale
bestehendeDüsenmantel gegenüber dem äußeren, gleichfalls aus einer Rohrspirale gebildeten
Mantel um ein erhebliches Maß zur Ofeninnenseite hin vorgezogen, und es wird der
Düsenkopf durch die erste Spiralwindung des Rohres selbst gebildet. In diesem Bereich
liegt das Kühlmittelzuleitungsrohr außerhalb des Spiralmantels frei im Ofenraum.
Nahe dem inneren Ende der äußeren Rohrspirale ist eine Querwand zwischen den beiden
Düsenmänteln vorgesehen. Diese Querwand hat eine erhebliche Stärke, so daß in diesem
Bereich der Wärmeaustausch beeinträchtigt wird. Innerer und äußerer Düsenmantel
besitzen voneinander getrennte Kühlmittelzu- und -ableitungen. Obwohl durch die
Verwendung von spiralförmig gewickelten Rohren
für die Düsenmäntel
ein gesteuerter Kühlmittelumlauf erreichbar ist und die Bildung von Dampfräumen
in den Kühlmittelleitungen nicht einzutreten braucht, ist die Düse für die Praxis
unbrauchbar. Die Düse ist völlig ungeeignet, um den mechanischen Verschleiß seitens
der Ofencharge und der starken Wärmeeinwirkung (Abbrand) für die notwendigste Einsatzzeit
standzuhalten. Dieser Nachteil war seiner Zeit bekannt. Zur Vermeidung der aus einer
Beschädigung der Düse verursachten ernsten Folgen für den Ofen hat man es daher
für notwendig gehalten, das Kühlmittel durch die Spiralen zu saugen. Hierdurch wurde
die Lebensdauer der Düse und die Betriebssicherheit des Ofens nicht oder nicht in
einem nennenswerten Umfang erhöht. Ein weiterer Nachteil dieser vorgeschlagenen
bekannten Bauart besteht darin, daß bei Erzielung einer ausreichend starken Kühlung
des Düsenkopfes der innere Düsenmantel zu Wärmeverlusten bezüglich des durch die
Düse in den Ofen einzuleitenden Heißwindes führt. Ein sehr beachtlicher Nachteil
besteht außerdem darin, daß die unebene Fläche des äußeren Düsenmantels durch die
Ofenschlacke mit der Ofenwandung (innerhalb der Einfuhröffnung) derart gekuppelt
wird, daß der Düsenausbau nur dann möglich ist, wenn die kegelig gewickelte Spirale
des Außenmantels in Richtung der Düsenachse auseinandergezogen wird. Die Düse ist
in jedem Fall unbrauchbar und kann nicht ausgebessert werden.
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Erfindungsgemäß wird eine wesentliche Verbesserung im Aufbau, in der
Betriebssicherheit sowie in der Auswechselungsmöglichkeit und für die Instandsetzung
beschädigter Teile dadurch erreicht, daß die Düsenmäntel zwischen einem die Rückseite
der Düse bildenden Ringkörper und einem als Hohlkörper ausgebildeten besonderen
- gegenüber den Rohren des Spiralmantels in der Wandstärke größeren - ringförmigen,
aber axial kurzenDüsenkopf - z. B. mittels Ringkörper -und Düsenkopf verbindenden
Ankern - befestigt sind, welcher ebenso wie die Spiralrohre des Düsenmantels einen
kleinen Kanalquerschnitt besitzt, und daß die Spiralrohre der Düsenmäntel zu der
Düsenaußenseite bzw. zum inneren Düsenkanal unter Bildung einer glatten Oberfläche
miteinander verbunden bzw. aneinandergefügt sind. Bei dem Vorschlag nach der Erfindung
wird unter Ausnutzung eines sämtliche wichtigen Teile der Düse mit ausreichender.
Sicherheit erfassenden, strömungstechnisch guten Leitungssystem dem mechanischen
Verschleiß des Düsenkopfes Rechnung getragen, ohne daß gerade an der Stelle der
stärksten Wärmeeinwirkung eine Verschlechterung der Wärmeableitung eintritt. Gerade
die auf ganzer Länge zwischen den beiden Düsenmänteln geschützt geführte Zuleitung
des Kühlmediums und die kleine Bemessung des Kanalquerschnitts im Düsenkopf führt
in diesem zu einer sehr intensiven Kühlung und Wärmeableitung, so daß eine Abnutzung
durch Abbrand praktisch nicht eintritt. Versuche haben inzwischen gezeigt, daß die
Lebensdauer einer im Einsatz befindlichen Blasform nach der Erfindung wesentlich,
und zwar uni ein Vielfaches höher liegt als die der bisher bzw. zur Zeit noch benutzten
Bauarten. In solchen Fällen, wo nach langer Betriebszeit infolge des mechanischen
Verschleißes eine Erneuerung des Düsenkopfes erforderlich ist, kann infolge des
einfachen Aufbaues der Blasform mit nur geringem Aufwand dieser Düsenkopf durch
einen anderen ersetzt werden. Lösbare Düsenköpfe sind- an sich bekannt bei solchen
Bauarten, die sich in - ihrem Aufbau grundsätzlich von dem Vorschlag der Erfindung
unterscheiden. Bei diesen bekannten Bauarten besitzt der Düsenkopf aber eine verhältnismäßig
große Länge und einen sehr großen Kanalquerschnitt, so daß eine alle Flächenteile
gleich gut erfassende Kühlmittelführung nicht gegeben ist und außerdem die Bildung
von Dampfräumen möglich ist, welche die Ursache für das schnelle Durchbrennen solcher
Düsenköpfe bilden.
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Die besondere Art der Verbindung bzw. Lagerung der Rohrspiralen zwischen
dem Düsenkopf und dem rückseitig der Düse angeordneten Ringkörper führt zu einem
Gesamtdüsenkörper von großer Festigkeit und außerdem dazu, daß trotz der Verwendung
von Rohrspiralen für denDüsenmantel die Flächen verhältnismäßig glatt bzw. eben
gehalten werden können, die in der Einsatzöffnung der Ofenwand an dieser anliegen,
oder den zur Führung der Heißluft dienenden inneren Düsenkanal begrenzen. Einerseits
wird hierdurch das Ein- und Ausbauen des Düsenkörpers ohne Zerstörung oder Beschädigung
desselben in einfacher Weise durchführbar gemacht, andererseits kann der Strömungswiderstand
für die Heißluft gering gehalten werden, so daß gerade bezüglich des Heißwindes
Wärmeverluste nicht oder nicht in nennenswertem Maße auftreten. Glatte Führungswände
sind bei Düsen an sich bekannt, jedoch nicht in Verbindung mitDüsenmänteln, die
aus spiralförmig gewickelten Rohren bestehen.
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Die Kühlmittelführung vom Düsenkopf aus kann verschieden vorgesehen
werden. Zweckmäßig wird für den Düsenkopf eine eigene Zu- und Ableitung gewählt,
so daß auch die Düsenmäntel eine eigene Zu- und Ableitung besitzen. Es ist aber
auch möglich, das aus dem Düsenkopf austretende Medium dem Außenmantel zuzuführen,
zumal die an den Düsenkopf anschließenden Rohrspiralen nicht mehr der gleich starken
Wärmewirkung ausgesetzt sind wie der Düsenkopf. Aus dem äußeren Düsenmantel wird
dann das Medium, an dem inneren Düsenmantel vorbeigeführt, oder durch die den inneren
Düsenmantel bildenden Spiralen hindurchgeleitet. Dieses bereits temperierte Medium
bewirkt bezüglich des inneren Düsenmantels eine ausreichende Kühlung, jedoch werden
mit Sicherheit ,Wärmeverluste bezüglich des durch die Düse strömenden Heißwindes
vermieden.
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Die Düse nach der Erfindung ist besonders geeignet als Blasdüse für
die Zuführung von Heißluft bei Hochöfen. Es ist aber auch denkbar, diese Düse bei
anderen Schmelzöfen zu verwenden. Auch ist es möglich, an Stelle von Heißluft andere
gasförmige oder flüssige Medien durch die Düse durchzuleiten.
Denkbar
ist es sogar, diese Düse als Durchtrittskanal für den Schlackenabstich zu verwenden.
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Bei der Blasform nach der Erfindung wird gemäß einer Ausführungsform
der in dem axial kurz bemessenen Düsenkopf vorgesehene Ringkanal durch eine Querwand
geteilt, wobei die Anschlußstellen für den Flüssigkeitszu- und -austritt beiderseits
der Querwand vorgesehen sind. Bei diesem quer geteilten Ringkanal handelt es sich
mithin um einen Teil der Blasform, der sich nur auf einen sehr kurzen Längenbereich
dieser Form erstreckt. Bei Schlackenformen, die aus einem z. B. gegossenen einteiligen
Körper bestehen, der für die Aufnahme des Kühlmediums eine über seine ganze Länge
sich erstreckende Ringkammer großen Querschnitt besitzt, ist es bekannt, diese Kammer
durch eine Querwand zu teilen. Ein kurzer Düsenkopf ist nicht vorgesehen. Die Erfindung
betrifft nicht Schlackenformen der vorgenannten Bauart.
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Es wird noch darauf hingewiesen, daß es bei Blasformen, die in der
Länge durch Zwischenwände unterteilt sind, bekannt ist, für die vorderen und die
hinteren Kammern besondere Zuleitungen vorzusehen. Bei diesen Blasformen fehlen
aber sämtliche weitere Merkmale des Gegenstandes der Erfindung.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Fig. I zeigt in schematischer Darstellung einen Hochofen mit zugeordnetem
Winderhitzer; Fig.2 und 3 zeigen je eine Ausführungsform einer Blasdüse im Längsschnitt;
Fig. ,4 ist ein Querschnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3; Fig. 5 zeigt die Düse nach
Fig. 3 in Seitenansicht, teilweise im Schnitt.
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Wie aus Fig. i zu erkennen ist, sind bei einem Hochofen oberhalb des
Spiegels der Schlacke in der Ofenwand Blasdüsen i angeordnet, welche zum Teil in
den Ofenraum hineinragen. Durch diese Blasdüsen wird die von dem Winderhitzer 2
kommende Luft in den Ofenraum eingeblasen.
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Fig. 2 zeigt eine Düse, bei welcher der Außenmantel aus einem spiralförmig
gewickelten Rohr 3 gebildet ist, welches einen langgestreckten etwa ovalen Querschnitt
besitzt. Es kann auch ein rechteckigerQuerschnittvorgesehenwerden. DieSpiralen sind
miteinander verschweißt. Der Innenmantel wird durch ein glattes Rohr gebildet, dessen
Achse parallel zu derjenigen der Düse gerichtet ist. An dem vorderen Ende der Düsenmäntel
ist ein Düsenkopf 5 unter Zwischenschaltung einer Ringscheibe6 durch Schweißen befestigt.
Der Querschnitt des Düsenhopfprofils ist etwa U-förmig gestaltet, und die Schenkel
dieses U-Profils sind gegen die Ringscheibe 6 abgestützt. Auf diese Weise ist eine
Ringkammer 7 gebildet, in welche die Zuleitung 8 mündet, welche zwischen dem aus
dem Rohr 3 bestehenden Außenmantel und dem Innenmantel 4 angeordnet ist. Bei dieser
Ausführungsform erfolgt die Rückleitung des Kühlmediums aus dem Ringraum 7 des Düsenkopfes
5 über den Anschlußstutzen 9, welcher das vordere Ende des Rohres 3 mit der Ringkammer
verbindet. Von dem hinteren Ende des Rohres 3 wird über die Leitung io die Flüssigkeit
in den Raum i i übergeleitet, und zwar möglichst wiederum nahe dem vorderen Ende
der Düse. Bei entsprechend hoher Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit kann der Innenmantel
4 ausreichend gekühlt werden; andererseits wird eine Unterkühlung der zugeführten
Heißluft vermieden. Über die Leitung 12 verläßt die Flüssigkeit die Düse. Durch
nicht dargestellte Vorrichtungen kann die Geschwindigkeit des Mediums und der Druck
desselben bzw. der Druck in der Düse innerhalb gewisser Grenzen geregelt werden.
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Die Düse nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig.2
besonders dadurch, daß auch der Innenmantel der Düse aus einem Rohr 4, gebildet
ist, welches einen langgestrecktenQuerschnitt besitzt und spiralförmig gewickelt
ist. Die Rohre 3 und 4 der beiden Mäntel besitzen einen rechteckigen Querschnitt
und stoßen mit den einander zugekehrten kurzen Seiten gegeneinander. Diese Rohre
besitzen Stege 13. Zwischen diesen Stegen der benachbarten Rohrwindungen
sind Stützkörper 14 angeordnet, welche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem ebenfalls spiralförmig gewickelten Band aus Stahl, Kupfer od. dgl. bestehen
können. Die Rohrquerschnitte werden infolge der Abstützung der Rohrstege gegeneinander
nicht auf Druck beansprucht. Der Düsenkopf 5 ist mit einem Ringraum 7 versehen,
welcher durch eine Querwand 15 zu einem im wesentlichen U-förmigen Umlaufkanal geteilt
ist, an dessen Enden die Zu- und Ableitungen für das Kühlmittel angeschlossen sind
(vgl. Fig.4). Der Querschnitt des geteilten Ringkanals 7 im Düsenkopf 5 ist klein,
und zwar nicht viel größer als der Querschnitt der Rohre 3 bzw. 4" damit ein guter
Umlauf des Kühlmittels in dem hoch beanspruchten Düsenkopf erfolgt. Die Befestigung
des Düsenkopfes mit den übrigen Teilen der Düse, insbesondere dem hinteren Teil
16 erfolgt durch Halteschrauben oder Anker 8b, von denen eine als Kühhvasserzuleitung
8 ausgebildet sein kann. In gleicher Weise kann die Kühlwasserrückleitung 8" als
Anker ausgebildet sein. Der Düsenkopf 5 kann aber außerdem noch durch Schweißen
mit den anschließenden Mänteln des Düsenkörpers verbunden werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die Flüssigkeit zur Ringkammer 7 des Düsenkopfes 5 über die Leitung 8 zugeleitet
und über die Leitung 8a unmittelbar wieder nach außen geführt. Für die aus den Rohren
3 und 4a gebildeten Düsenmäntel ist eine besondere Kühlmittelzuleitung 17 vorgesehen
(vgl. Fig. 5), welche an das hintere Ende des Außenmantels angeschlossen ist. Der
äußere Rohrmantel und der innere Rohrmantel sind nahe dem Düsenkopf durch das Verbindungsstück
18 flüssigkeitsleitend miteinander verbunden, so daß die über die Leitung 17 zugeführte
Flüssigkeit nach Passieren des inneren Rohrmantels über die Leitung i9 abgeführt
wird. Der Düsenkopf 5 ist im vorliegenden Fall einteilig. Weiterhin ist darauf hinzuweisen,
daß die Anker
bzw. Leitungen 8, 8" besonders geschützt zwischen
den Rohrmänteln 3 und 4" angeordnet sind.
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Als Werkstoff für den Düsenkopf bzw. die Rohre der Düsenmäntel Wird
vorzugsweise eine gegenüber Wärme besonders widerstandsfähige Kupferlegierung verwendet.
Es steht jedoch nichts im Wege, auch einen anderen geeigneten Werkstoff vorzusehen.
Bei den für die Herstellung der Mäntel verwendeten Rohren kann es sich um geschweißte
oder nahtlos gezogene Rohre handeln. Die Rohre selbst erhalten einen möglichst kleinen
Querschnitt im Verhältnis zur Größe der Düse, so daß das Kühlmedium möglichst alle
Stellen der Düse gleichmäßig beaufschlagt und andererseits der Düsenkörper trotz
der Verwendung dünner Wandstärken für die Einzelteile eine große Festigkeit erhält.