EP0024637B2 - Process for operating a change-over valve for supplying a nozzle in steel-producing convertor - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Umschaltventils für die Versorgung einer Düse mit Schutzmedienummantelung unterhalb der Badoberfläche in einem Stahlerzeugungskonverter mit Sauerstoff und feinkörnigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, der in einem Trägergas suspendiert ist, das es erlaubt, durch den Sauerstoffeinleitungskanal der Düse im Wechsel Brennstoff oder Sauerstoff zuzuführen.The invention relates to a method for operating a changeover valve for the supply of a nozzle with protective media jacket below the bath surface in a steel production converter with oxygen and fine-grained, carbonaceous fuel, which is suspended in a carrier gas that allows it to alternate through the oxygen inlet channel of the nozzle Add fuel or oxygen.
Verfahren, um pulverisierte oder gekörnte Feststoffe mit einem Trägergas in eine Eisenschmelze einzuführen, sind bekannt. Beispielsweise werden zum Einblasen Lanzen verwendet, deren Austrittsöffnungen bis nahe an die Badoberfläche geführt werden, so daß die Feststoffe mit dem Austrittsimpuls in die Schmelze gelantgen, oder die Lanzen tauchen in das Eisenbad ein.Methods for introducing pulverized or granular solids into a molten iron with a carrier gas are known. For example, lances are used for blowing in, the outlet openings of which are guided close to the surface of the bath, so that the solids get into the melt with the exit impulse, or the lances are immersed in the iron bath.
Weiterhin sind Düsenanordnungen bekannt, die sich unterhalb der Badoberfläche im feuerfesten Mauerwerk befinden, durch die der Schmelze in Trägergasen suspendierte Feststoffe zugeführt werden.Furthermore, nozzle arrangements are known which are located below the bath surface in the refractory masonry, through which solids suspended in carrier gases are fed to the melt.
Die deutsche Auslegeschrift 2 316 768 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Frischen von Roheisen, bei dem durch unterhalb der Badoberfläche angeordnete Düsen Sauerstoff und Feinkalk und durch weitere Düsen feste Kohlenstoffträger der Schmelze zugesetzt werden. Es kann auch eine Düse mit mehreren Öffnungen versehen sein, wobei jeweils eine Öffnung mit Trägergas und Kohlenstoff oder Feinerz und eine andere Öffnung mit Frischgas und Feinkalk beschickt wird.German Laid-Open Specification 2 316 768 describes, for example, a method and a device for fresh ironing, in which oxygen and fine lime are added through nozzles arranged below the bath surface and solid carbon carriers are added to the melt through further nozzles. A nozzle can also be provided with a plurality of openings, one opening being charged with carrier gas and carbon or fine ore and another opening with fresh gas and fine lime.
Die deutsche Patentschrift 2 401 540 befaßt sich mit einem Verfahren zum Einschmelzen von Eisenschwamm. Auch bei diesem Verfahren werden die Reaktionspartner, nämlich Sauerstoff, staubförmiger Kohlenstoff und feinkörniger Eisenschwamm, unterhalb der Badoberfläche, beispielsweise durch eine Mantelgasdüse, der Schmelze zugeführt. Die Düse hat mehrere Zuführungskanäle, z.B. strömen im mehrer Zuführungskanäle, z.B. strömen im inneren Sauerstoff, im mittleren Kohlenstoff und im äußeren Eisenschwamm. Kohlenstoff und Eisenschwamm sind dabei in einem geeigneten Trägergas, wie Kohlenmonoxid, suspendiert.German patent specification 2 401 540 deals with a method for melting sponge iron. In this process too, the reactants, namely oxygen, dust-like carbon and fine-grained sponge iron, are fed to the melt below the bath surface, for example through a jacket gas nozzle. The nozzle has several feed channels, e.g. flow in several feed channels, e.g. flow in the inner oxygen, in the middle carbon and in the outer sponge iron. Carbon and sponge iron are suspended in a suitable carrier gas, such as carbon monoxide.
Die deutsche Auslegschrift 2 520 883 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Vergasung von Kohlem. Die Reaktionspartner, vorzugsweise feinkörnige Kohle und Sauerstoff, werden durch Düsen unterhalb der Badoberfläche, die in der feuerfesten Ausmauerung angeordnet sind und damit gleichlaufend verschleißen, dem Eisenbad zugeführt. Als Fördergas für den Kohlenstoff kommen Inertgas, Stickstoff, C02 und Wasserdampf in Frage. Die Reaktionspartner können durch eine mehrkanalige Düse, vorzugsweise aus konzentrischen Rohren, geleitet werden. Erstmals wird die Möglichkeit genannt, daß ein Mischen der Reaktionspartner Sauerstoff und Kohle bereits kurz vor der Düsenmündung innerhalb der Düse erfolgen kann.German Patent Specification 2,520,883 describes a method and a device for the continuous gasification of coal. The reactants, preferably fine-grained coal and oxygen, are fed to the iron bath through nozzles below the bath surface, which are arranged in the refractory lining and thus wear out in unison. Inert gas, nitrogen, CO 2 and water vapor come into consideration as the conveying gas for the carbon. The reactants can be passed through a multi-channel nozzle, preferably from concentric tubes. For the first time, the possibility is mentioned that the reactants oxygen and coal can be mixed within the nozzle shortly before the nozzle mouth.
In der Literaturstelle "Fluid Power", Bureau of Naval Personnel, Navy Training Course, Navpers 16193-A, 1966 Edition, Seiten 175 und 176 ist eine Wechselventil in Funktion in einem hydraulischen Flugzeugsystem beschrieben. Diese Literaturstelle enthält jedoch keinerlei Hinweise auf den Einsatz eines Wechselventils zur Einleitung von Brennstoff und Sauerstoff in ein Eisenbad.In the reference "Fluid Power", Bureau of Naval Personnel, Navy Training Course, Navpers 16193-A, 1966 Edition, pages 175 and 176, a shuttle valve is described in function in a hydraulic aircraft system. However, this reference does not contain any references to the use of a shuttle valve for introducing fuel and oxygen into an iron bath.
In der deutschen Offenlegungsschrift 27 56 432 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schrottsatzerhöhung, beschrieben. Über ein Ventil können alternativ gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe zugeführt werden. Die betriebssichere Einleitung von Brennstoff und Sauerstoff im Wechsel ist jedoch in dieser Entgegenhaltung nicht genannt.The German laid-open specification 27 56 432 describes a method and a device for increasing the scrap rate. Alternatively, gaseous or liquid hydrocarbons can be supplied via a valve. However, the reliable introduction of fuel and oxygen in alternation is not mentioned in this document.
Die deutsche Offenlegungsschrift 2 723 857 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stahlherstellung. Dabei wird festes, kohlenstoffhaltiges Material in die Schmelze unter die Oberfläche geleitet und ein oxidierendes Gas in das Gefäß eingeführt. Das kohlenstoffhaltige Material wird durch Blasrohre mittels eines Trägergases eingeblasen. Das Trägergas kann ein reduzierendes, oxidierendes oder inertes Gas sein. Bei diesem Verfahren wird der Sauerstoff normalerweise dem metallurgischen Gefäß über eine wassergekühlte Lanze zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, den Sauerstoff durch Blasrohrinjektion oder durch Injektion mittels einer eingetauchten Lanze zuzuführen. In der Anmeldungsbeschreibung heißt es dazu wörtlich: "Wenn Blasrohre zum Einspritzen von Sauerstoff und/oder festen, kohlenstofförmigen Materialien benutzt werden, dann können die Blasrohre aus zwei oder mehreren konzentrischen Rohren bestehen und eine kreisförmige Flüssigkeitsabschirmung besitzen, welche das Primäreinspritzrohre umgibt. Dieses Abschirmungsströmungsmittel kann ein inertes Gas oder eine Flüssigkeit, z.B. Kohlenwasserstoffgas oder eine Flüssigkeit, oder ein oxidierendes Gas oder eine Flüssigkeit sein, und das Strömungsmittel kann so gewählt werden, daß eine Abnutzung der Auskleidung und der Blasrohre so gering als möglich gehalten wird, um eine Blockierung der Blasrohre zu verhindern. Die Blasrohre können so ausgebildet sein, daß sie sowohl oxidierendes Gas als auch festes, kohlenstoffhaltiges Material zuführen können". Es heißt dann weiter in dem spezifischen Ausführungsbeispiel 1, daß 17 Minuten lang teilchenförmiger Graphit mit einer Rate von 2,5 kg/ min eingeblasen wurde. Die zum Einblasen von Kohlenstoff benutzten Blasrohre hatten einen kreisförmigen Querschnitt und wurden wie folgt beschickt: Abschirmgas: Luft mit einer Rate von 7 m3/h; Trägergas: Argon mit einer Rate von 30 m3/h. Der Blasrohrkerndurchmesser betrug 7 mm mit einem Ringspalt von 1 mm.German Offenlegungsschrift 2,723,857 relates to a method and an apparatus for steel production. Solid, carbon-containing material is conducted into the melt below the surface and an oxidizing gas is introduced into the vessel. The carbonaceous material is blown through blowpipes using a carrier gas. The carrier gas can be a reducing, oxidizing or inert gas. In this process, the oxygen is normally delivered to the metallurgical vessel through a water-cooled lance. However, it is also possible to supply the oxygen by blowing tube injection or by injection using a submerged lance. The application description literally states: "If blowpipes are used to inject oxygen and / or solid, carbonaceous materials, then the blowpipes can consist of two or more concentric tubes and have a circular liquid shield that surrounds the primary injection tube. This shielding fluid can an inert gas or a liquid, e.g. hydrocarbon gas or a liquid, or an oxidizing gas or a liquid, and the fluid can be chosen so that wear of the liner and the blowpipes is kept as low as possible in order to block the blowpipes The blowpipes can be designed so that they can supply both oxidizing gas and solid, carbon-containing material ". It is then said further in the specific embodiment 1 that particulate graphite was blown in at a rate of 2.5 kg / min for 17 minutes. The blowpipes used for blowing carbon had a circular cross section and were charged as follows: shielding gas: air at a rate of 7 m 3 / h; Carrier gas: argon at a rate of 30 m 3 / h. The blow tube core diameter was 7 mm with an annular gap of 1 mm.
Den bekannten Verfahren zum Einleiten kohlenstoffhaitiger Brennstoffe in eine Eisenschmelze ist gemeinsam, daß die feinteiligen Feststoffe suspendiert in einem Trägergas durch eigene Zuführungskanäle getrennt vom Sauerstoff der Schmelze zugeführt werden. Diese Zuführungskanäle sind im Querschnitt der Fördermenge angepaßt und demgemäß entsprechend klein, z.B. beträgt der Durchmesser des genannten Blasrohrs 7 mm. Mit dem sich verringernden Förderquerschnitt wächst jedoch die Gefahr von Verstopfungen. Hauptsächlich wenn bei hohen Beladungsraten von Feststoffen zu Trägergas aus wirtschaftlichen Gründen feinteilige Brennstoffe mit unterschiedlichen Korngrößen und Schwankungen in der Korngrößenverteilung zum Einsatz kommen, besteht die Gefahr von Pfropfbildungen, die zu Verstopfungen in engen Förderleitungen führen.The known methods for introducing carbonaceous fuels into an iron melt have in common that the finely divided solids suspended in a carrier gas are fed separately from the oxygen to the melt through their own feed channels. This feed box channels are adapted in cross-section to the flow rate and accordingly correspondingly small, for example the diameter of the blow pipe is 7 mm. However, with the decreasing cross-section of the conveyor, the risk of blockages increases. Mainly if finely divided fuels with different grain sizes and fluctuations in the grain size distribution are used at high loading rates from solids to carrier gas for economic reasons, there is a risk of grafting, which leads to blockages in narrow delivery lines.
Eine weitere Schwierigkeit bei den bekannten Einleitungsverfahren besteht darin, die Zuführungskanäle in Perioden ohne Brennstofförderung freizuhalten, z.B. beim Fertigfrischen einer Stahlschmelze, wenn man den gewunschten niedrigen Endkohlenstoffgehalt einstellt. Während dieser Frischzeit ztrömt üblicherweise das Trägergas ohne Feststoffbeladung durch die Zuführungskanäle, um das Eindringen von Schmelze in die Düsen zu verhindern. Das Trägergas entzieht jedoch der Schmelze Wärme und kann sich weiterhin, je nach Gasart, ungünstig auf die Stahlzusammenensetzung auswirken, z.B. durch erhöhte Stickstoffgehalte im Fertigstahl.Another difficulty with the known induction methods is keeping the feed channels clear in periods without fuel delivery, e.g. when finishing a molten steel, if you set the desired low final carbon content. During this fresh period, the carrier gas usually flows through the feed channels without solid loading in order to prevent melt from penetrating into the nozzles. However, the carrier gas extracts heat from the melt and, depending on the type of gas, can also have an unfavorable effect on the steel composition, e.g. due to increased nitrogen levels in the finished steel.
In den französischen Patentanmeldungen 2 292 771 und 2 378 867 werden Frischverfahren beschrieben, bei denen im Laufe des Prozesses ein Wechsel von Sauerstoff auf Brennstoff erfolgt. Eine Lehre für ein betriebssicheres und störungsfreies Brennstoffeinleitungsverfahren läßt sich diesen Patentschriften jedoch nicht entnehmen.French patent applications 2 292 771 and 2 378 867 describe fresh processes in which a change from oxygen to fuel takes place in the course of the process. A teaching for a reliable and trouble-free fuel introduction process can not be found in these patents.
In der Betriebspraxis erweist es sich als besonders bedeutungsvoll, die Einleitungsdüsen für kohlenstoffhaltige Brennstoffe über lange Zeiträume, z.B. beim Betreiben eines Eisenbadreaktors zur Gaserzeugung über mehrere Monate und bei der Stahlerzeugung über eine Konverterreise von etwa 1000 Chargen, betriebssicher und störungsfrei zu betreiben, da sich jede Reparatur, z.B. beim Verstopfen einer Düse, als Verlust von Produktionszeit und damit wirtschaftlich sehr nachteilig auswirkt.In operational practice, it has proven to be particularly important to use the inlet nozzles for carbon-containing fuels over long periods, e.g. when operating an iron bath reactor for gas generation over several months and when producing steel over a converter journey of about 1000 batches, to operate reliably and without problems since every repair, e.g. if a nozzle becomes clogged, as a loss of production time and thus economically very disadvantageous.
Der Erfindung leigt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Umschaltventils für die Versorgung einer Düse mit Sauerstoff und feinkörnigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff zu schaffen, bei dem über lange Zeiträume die betriebssichere, störungsfreie Zugabe von Brennstoffen unterhalb der Badoberfläche gewährleistet ist, Verstopfungen der Düse vermieden werden und die Düsen während brennstofförderfreien Betriebsperioden freigehalten werden.The invention is therefore based on the object to provide a method for operating a changeover valve for supplying a nozzle with oxygen and fine-grained, carbonaceous fuel, in which the reliable, trouble-free addition of fuels below the bath surface is guaranteed over long periods, clogging of the nozzle are avoided and the nozzles are kept clear during fuel-free operating periods.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ventilumschaltung durch eines der zu fördernden Medien selbst erfolgt.This object is achieved according to the invention in that the valve switchover is carried out by one of the media to be conveyed itself.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Umschaltventils für die Vorsorgung einer Düse mit Schutzmediummummantelung unterhalb der Badoberfläche in einem Stahlerzeugungskonverter mit Sauerstoff und feinkörnigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, der in einem Trägergas suspendiert ist, das es erlaubt, durch den Sauerstoffeinleitungskanal der Düse im Wechsel Brennstoff oder Sauerstoff zuzuführen, bei dem in einem Gehäuse (1) mit einer Brennstoffzuführungsleitung (7), einer Sauerstoffzuleitung (3) und einem Düsenrohr (4) ein verschiebbarer Ventilkörper (5) angeordnet ist, der den Brennstofföffnungsquerschnitt (6) oder den Sauerstofföffnungsquerschnitt (10) freigibt, und wobei
- a) der Sauerstoffvordruck zur Ventilumschaltung benutzt wird,
- b) dieser Sauerstoffvordruck im Ventil selbst auf den Sauerstoffblasdruck der DĂĽse (4) reduziert wird,
- c) wobei die Reduzierung des Sauerstoffvordruckes auf dem Sauerstoffblasdruck mittels eines vor der Düse (4) im Sauerstoffdurchströmkanal des Ventils angeordnetem 'Drosselorgan (11) mit fest einstellbarem, definiertem Sauerstofföffnungsquerschnitt (10) erfolgt,
- d) durch den beweglichen Ventilkörper (5) bei anstehendem Sauerstoffvordruck nur der Sauerstofföffnungsquerschnitt (10) für die Düse (4) geöffnet ist,
- e) oder bei Verringerung des anstehenden Sauerstoffvordrucks um einen bestimmten, einstellbaren Betrag von 0,5 bis 10 bar über dem Sauerstoffblasdruck der Düse (4), nur der Brennstofföffnungsquerschnitt (6) zur Düse (4) freigegeben wird,
- f) die sauerstoffdurchströmten Ventilbauteile gasdicht gegen die brennstoffdurchströmten Ventilteile abgedichtet sind, und
- g) das Umschaltventil zwischen Konverterdrehachse und DĂĽse (4) am Konverter vorgesehen ist.
- a) the oxygen pre-pressure is used for valve switching,
- b) this oxygen admission pressure in the valve itself is reduced to the oxygen blowing pressure of the nozzle (4),
- c) the reduction of the oxygen admission pressure to the oxygen blowing pressure takes place by means of a throttle element (11) arranged in front of the nozzle (4) in the oxygen flow channel of the valve and having a permanently adjustable, defined oxygen opening cross section (10),
- d) only the oxygen opening cross section (10) for the nozzle (4) is opened by the movable valve body (5) when the oxygen pressure is present,
- e) or when the pending oxygen admission pressure is reduced by a certain, adjustable amount of 0.5 to 10 bar above the oxygen blowing pressure of the nozzle (4), only the fuel opening cross section (6) to the nozzle (4) is released,
- f) the oxygen-flowed valve components are sealed gas-tight against the fuel-flowed valve parts, and
- g) the switching valve between the converter axis of rotation and the nozzle (4) is provided on the converter.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch hohe Betriebssicherheit aus, und die Einleitungsdüsen für feinteilige, kohlenstoffhaltige Brennstoffe unterhalb der Badoberfläche verstopfen nicht. Sobald sich Unregelmäßigkeitem bei der Durchflußmenge der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe zeigen, beispielsweise sich die Fördermenge verringert, wird kuzzeitig von der Brennstofförderung auf Sauerstoff umgeschaltet und damit der Düsenkanal freigeblasen. Ansatzbildungen an der Düsenmündung, die häufig den Ausgangspunkt für Verstopfungen bilden, werden durch den Sauerstoffstrom abgebrannt. Um dieses Freiblasen der Düse zu erreichen, genügen kürzeste Sauerstoffblaszeiten, beispielsweise von 0,1 bis etwa 2 min. Die Sauerstoffblaszeiten können beliebig variiert und insbesondere länger ausgedehnt werden, bevor die Zufuhr von Brennstoff und Trägermedium erneut aufgenommen wird.The method according to the invention is characterized by high operational reliability, and the inlet nozzles for finely divided, carbon-containing fuels below the bath surface do not become clogged. As soon as irregularities become apparent in the flow rate of the carbon-containing fuels, for example the delivery rate decreases, the fuel delivery is switched over to oxygen and the nozzle channel is thus blown free. Formations at the nozzle mouth, which often form the starting point for blockages, are burned off by the oxygen flow. In order to achieve this blowing out of the nozzle, the shortest oxygen blowing times are sufficient, for example from 0.1 to about 2 minutes. The oxygen blowing times can be varied as desired and, in particular, can be extended longer before the supply of fuel and carrier medium is started again.
Erfindungsgemäß kann der Wechsel von Brennstoff auf Sauerstoff mehrfach kurzzeitig hintereinander erfolgen. Diese Verfahrensweise ist dann besonders sinnvoll, wenndie Sauerstoffblaszeiten kurz sein sollen. Sobald nämlich nach einem kurzzeitigen Sauerstoffstoß von beispielsweise 10 s die Brennstofförderung wieder störungsfrei läuft, erübrigt sich eine weitere Sauerstoffzugabe. Anderenfalls kann die kurzzeitige Sauerstoffzugabe entsprechend oft wiederholt werden. Die Umschaltung von Sauerstoffblasen auf die Suspensionsförderung, von beispielsweise Stickstoff und staubförmiger Kohle, erfolgt nahezu trägheitslos durch entsprechende Umschaltvorrichtungen, die in unmittelbarer Nähe der Düsenmontageflansche angeordnet sind, in jedem Fall direkt am Boden der Behandlungsgefäße, beispielsweise einem Eisenbadreaktor oder einem Konvertir für die Stahlerzeugung.According to the invention, the change from fuel to oxygen can occur several times in short succession. This procedure is particularly useful if the oxygen blowing times are to be short. As soon as the fuel delivery runs smoothly again after a brief burst of oxygen of, for example, 10 s, another acid is unnecessary addition of fabric. Otherwise, the short-term addition of oxygen can be repeated a corresponding number of times. The switchover of oxygen bubbles to the suspension conveyance, e.g. of nitrogen and dusty coal, is carried out almost without inertia by means of corresponding switchover devices, which are arranged in the immediate vicinity of the nozzle mounting flanges, in any case directly on the bottom of the treatment vessels, for example an iron bath reactor or a convertor for steel production.
Eine einfache Form der Einleitungsdüse für die Suspension aus feinteiligen, kohlenstoffhaltigem Brennstoff und einem Träger medium einerseits sowie Sauerstoff andererseits, besteht auf zwei konzentrischen Rohren, wobei der Brennstoff und im Wechsel der Sauerstoff, durch das zentrale Rohr strömen. Der Ringspalt, gebildet aus dem Zentralrohr und dem zweiten konzentrischen Rohr, wird zum Schutz der Düse gegen vorzeitiges Zurückbrennen mit beispielsweise 0,5 bis 5 Gew.-% gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoffen, bezogen auf den Sauerstoff, beschickt. Diese Düse ist üblicherweise im feuerfesten Mauerwerk unterhalb der Badoberfläche eingebaut und brennt im wesentlichen gleichmäßig mit der Ausmauerung zurück.A simple form of the inlet nozzle for the suspension of finely divided, carbonaceous fuel and a carrier medium on the one hand and oxygen on the other hand, consists of two concentric tubes, the fuel and alternately the oxygen flowing through the central tube. To protect the nozzle against premature burning back, the annular gap, formed from the central tube and the second concentric tube, is charged with, for example, 0.5 to 5% by weight of gaseous and / or liquid hydrocarbons, based on the oxygen. This nozzle is usually installed in the fireproof masonry below the bath surface and burns back evenly with the lining.
Gemäß der Erfindung ist die Gefahr von Düsenverstopfungen beim Einleiten kohlenstoffhaltiger, pulverisierter Brennstoffe in eine Eisenschmelze praktisch ausgeschlossen, und aus diesem Grund reicht die Installation des tatsächlich benötigen Blasquerschnitts zum Einleiten der Suspension aus, d.h., es erübrigt sich der zusätzliche Einbau weiterer Brennstoffeinleitungsdüsen aus Sicherheitsgründen. Beispelsweise hat es sich bei einem Konverter, der nach dem Sauerstoff-Durchblasverfahren arbeitet, als völlig ausreichend erwiesen, von den zehn vorhandenen Sauerstoffeinleitungsdüsen im Konverterboden lediglich zwei Düsen für die Zugabe von feinteiliger Kohle bzw. Koks umzurüsten. Durch diese beiden Düsen können einer Eisenschmelze von etwa 65 t innerhalb von 10 min etwa 2000 kg Kohlestaub zugeführt werden. Als Trägermedium kommt dabei beispielsweise Stickstoff zur Anwendung, und die Beladungsrate beträgt etwa 12 kg Kohlestaub/ Nm3 Stickstoff. Die Brennstoffzugabe dient sur Erhöhung der Wärmebilanz, um die Schrottschmelzkapazität bei der Stahlerzeugung heraufzusetzen.According to the invention, the risk of nozzle clogging when introducing carbon-containing, pulverized fuels into an iron smelter is practically excluded, and for this reason the installation of the blow cross section actually required is sufficient to introduce the suspension, that is, the additional installation of further fuel introduction nozzles is unnecessary for safety reasons. For example, in a converter that works according to the oxygen blow-through method, it has proven to be completely sufficient to convert only two of the ten oxygen inlet nozzles present in the converter base for the addition of fine-particle coal or coke. Through these two nozzles, about 2000 kg of coal dust can be fed to an iron melt of about 65 t within 10 minutes. Nitrogen is used as the carrier medium, for example, and the loading rate is about 12 kg of coal dust / Nm 3 of nitrogen. The addition of fuel serves to increase the heat balance in order to increase the scrap melting capacity in steel production.
Bei den bekannten Verfahren zum Einleiten von feinteiligen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in eine Eisenschmelze sind in den genannten zehn Sauerstoffeinleitungsdüsen in jeder Düse im Zentrum Zuführungsröhre von 10 mm lichter Weite als Förderkanal für die Brennstoff-Trägergas-Suspension angebracht. Die Sauerstoffeinleitungsdüsen selbst sind, wie üblich, aus zwei konzentrischen Rohren aufgebaut, bei denen das innere Rohr mit einem lichten Durchmesser von 24 mm der Zufurh von Sauerstoff bzw. von Sauerstoff und Kalkstaub dient. Die Anordnung der Brennstoffzuführungskanäle in dem Sauerstoffrohr erwies sich aus mehreren Gründen als nachteilig. Der Einbau und die Versorgung der zehn Brennstoffeinleitungsrohre ist verfahrenstechnisch aufwendig, jedoch bei dieser Brennstoffeinleitungsmethode erforderlich, um bei Störungen an einzelnen Zuführungskanälen, z.B. Verstopfungen, einen ausreichenden Förderquereschnitt für die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe betriebsfähig zu halten. Verstopfungen an einzelnen Brennstoffeinleitungskanälen traten fast bei jeder Charge auf. Weiterhin zeigte es sich als besonders ungünstig, diese Kanäle mit Trägergas freihalten zu müssen, wenn die Brennstofförderung gegen Frischende eingestellt wird. Der zur Brennstofförderung benutzte Stickstoff führte nämlich zu unerwünscht hohen Stickstoffgehalten in der Stahlschmelze. Andere Trägergase, beispielsweise Argon oder Methan, sind im Vergleich zum Stickstoff teuer und erfordern außerdem kostenintensive Installationsen für ein weiteres Medium an der Konverteranlage. Stickstoff steht üblicherweise an einem Sauerstoff-Durchblaskonverter zur Verfügung. Darüber hinaus führt das Trägergasblasen ohne Brennstoffbeladung zu einer Verschlechterung der Wärmebilanz bei der Stahlerzeugung. Die Wärme zum Aufheizen des Trägergases geht als Energie für das Schrottaufschmelzen verloren.In the known methods for introducing finely divided, carbon-containing fuels into a molten iron, supply tubes of 10 mm inside diameter are installed in the center in the ten oxygen inlet nozzles mentioned in each nozzle as a delivery channel for the fuel-carrier gas suspension. As usual, the oxygen inlet nozzles themselves are constructed from two concentric tubes, in which the inner tube with a clear diameter of 24 mm is used to supply oxygen or oxygen and lime dust. The arrangement of the fuel supply channels in the oxygen tube has been found to be disadvantageous for several reasons. The installation and supply of the ten fuel inlet pipes is procedurally complex, but is required with this fuel inlet method in order to avoid malfunctions in individual feed channels, e.g. Blockages to keep a sufficient delivery cross-section for the carbon-containing fuels operational. Blockages on individual fuel introduction channels occurred in almost every batch. Furthermore, it turned out to be particularly unfavorable to have to keep these channels clear with carrier gas if the fuel delivery is stopped towards the end of the cycle. The nitrogen used to fuel the fuel led to undesirably high nitrogen contents in the molten steel. Other carrier gases, such as argon or methane, are expensive compared to nitrogen and also require costly installations for another medium on the converter system. Nitrogen is usually available on an oxygen blow-through converter. In addition, carrier gas blowing without fuel loading leads to a deterioration in the heat balance in steel production. The heat for heating the carrier gas is lost as energy for melting the scrap.
Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt es zum Beispiel, die Betriebssicherheit eines Eisenbadrekators zur kontinuierlichen Vergasung von Kohle, wie er in der deutschen Auslegeschrift 2 520 883 beschrieben ist, weiter zu steigern. In einem solchen Eisenbadreaktor werden große Kohlemengen zu Gas, im wesentlichen bestehend aus CO und H2, umgesetzt. Die Zugabe der Reaktionspartner Kohlestab und Sauerstoff erfolgt normalerweise durch Düsen aus mehreren konzentrischen Rohren, die unterhalb der Eisenbadoberfläche angeordnet sind. Überlicherweise strömt durch das zentral Rohr die Suspension aus feinteiliger Kohle und einem Fördergas, beispielsweise CH4, durch den Ringspalt um das Zentralrohr Sauerstoff und durch einen weiteren Ringspalt das Düsenschutzmedium, beispielsweise Erdgas. Normalerweise arbeiten diese Düsen störungsfrei, jedoch treten gelegentlich Ansätze an der Düsenmündung des Zentralrohrs auf, die eine Verringerung der Kohlestaubfördermenge nach sich ziehen. Da der Eisenbadreaktor aber möglichst gleichmäßige Gaserzeugungsraten aufweisen soll, ist eine schnelle Beseitigung derartiger Störungen in der Kohleförderung besonders wichtig. Der erfindungsgemäße Wechsel von Kohlestaub zu Sauerstoff im Sauerstoffeinleitungskanal der Düse erlaubt es bereits nach relativ kurzer Zeit, z.B. im Regelfall von weniger als 1 min, die übliche Kohleförderung wieder aufzunehmen.The method according to the invention makes it possible, for example, to further increase the operational safety of an iron bath recorder for the continuous gasification of coal, as is described in German patent specification 2 520 883. In such an iron bath reactor, large amounts of coal are converted to gas, consisting essentially of CO and H 2 . The reactants carbon rod and oxygen are normally added through nozzles consisting of several concentric tubes which are arranged below the surface of the iron bath. The suspension of finely divided coal and a conveying gas, for example CH 4 , usually flows through the central tube, oxygen through the annular gap around the central tube and the nozzle protection medium, for example natural gas, through a further annular gap. Normally, these nozzles work without problems, but there are occasional approaches at the nozzle mouth of the central tube, which lead to a reduction in the amount of coal dust. However, since the iron bath reactor should have as uniform a gas generation rate as possible, the rapid elimination of such disruptions in coal production is particularly important. The change according to the invention from coal dust to oxygen in the oxygen inlet channel of the nozzle allows the usual coal production to be resumed after a relatively short time, for example as a rule of less than 1 min.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung besteht darin, es mit dem Verfahren zur Wärmezufuhr bei der Stahlerzeugung im Konverter, beschrieben in der deutschen Patentanmeldung P 2 838 983.5, zu kombinieren. Bei diesem Verfahren wird bei der Stahlerzeugung im Konverter der Schmelze durch kohlenstoffhaltige Brennstoffe Wärme zugeführt und insbesondere diese Brennstoffe mit einem zuvor nicht erreichbaren, hohen wärmetechnischen Wirkungsgrad in der Schmelze genutzt und somit das wirtschaftliche Aufschmelzen fester Eisenträger, beispielsweise Schrott, erheblich gesteigert bis hin zur Stahlerzeugung ohne flüssiges Roheisen. Bei diesem Verfahren wird der Sauerstoff zum Frischen der Schmelze und zum Verbrennen der Brennstoffe gleichzeitig als auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen und unterhalb der Badoberfläche in den Konverter eingeleitet. Als kohlenstoffhaltige Brennstoffe kommen insbesondere Koks, Braunkohlenkoks, Graphit, Kohle verschiedener Qualitäten und Mischungen davon zum Einsatz.A particularly advantageous application of the invention consists in combining it with the method for supplying heat during steel production in the converter, described in German patent application P 2 838 983.5. In this process, the steel is produced in the converter by the carbon-containing melt Fuels supplied heat and especially these fuels with a previously unattainable, high thermal efficiency in the melt used and thus the economic melting of solid iron carriers, such as scrap, increased significantly up to the steel production without molten pig iron. In this method, the oxygen for freshening the melt and for burning the fuels is introduced simultaneously into the converter as gas jets directed onto the bath surface and below the bath surface. In particular, coke, brown coal coke, graphite, coal of various qualities and mixtures thereof are used as carbon-containing fuels.
Diese Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffe werden bevorzugt in pulverisierter Form unterhalb der Badoberfläche in die Eisenschmelze das Konverters zusammen mit einem Trägergas eingeleitet. Als Trägergase haben sich Stickstoff, CO, CH4 bzw. Erdgas und Inertgas, beispielsweise Argon, bewährt. Die Zufuhr der Suspension aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und einem Trägergas kann gemäß der genannten deutschen Patentanmeldung auch über eine oder mehrere Düsen in einem Sauerstoff-Durchblaskonverter erfolgen, wobei das Einleitungsrohr einzelner Düsen mit der Suspension aus Brennstoff und Trägergas anstelle von Sauerstoff beschickt wird.These carbon-containing fuels are preferably introduced in powder form below the bath surface into the iron melt of the converter together with a carrier gas. Nitrogen, CO, CH 4 or natural gas and inert gas, for example argon, have proven suitable as carrier gases. According to the aforementioned German patent application, the suspension of carbon-containing fuels and a carrier gas can also be supplied via one or more nozzles in an oxygen blow-through converter, the inlet tube of individual nozzles being charged with the suspension of fuel and carrier gas instead of oxygen.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung überwindet nunmehr die bislang noch bestehenden Nachteile bei der bekannten Zufuhr von feinteiligen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in eine Eisen- oder Stahlschmelze, wie sie auch dem sonst sehr vorteilhaften Prozeß der Wärmezufuhr nach den deutschen Patentansmeldung P 2 838 983.5 anhaften.The method according to the present invention now overcomes the disadvantages which still exist hitherto in the known supply of finely divided, carbon-containing fuels into an iron or steel melt, as they also adhere to the otherwise very advantageous process of supplying heat according to German patent application P 2 838 983.5.
Neben den bereits dargelegten Vorzügen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ergänzend noch auf einen weiteren Vorteil gerade bei der Stahlerzeugung hinzuweisen. Durch den Einsatz der Sauerstoffeinleitungsrohre einer oder mehrerer Düsen beim Sauerstoff-Durchblasverfahren zur Zufuhr von feinteiligen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen während der Brennstoffeinleitungsperiode und dem anschließenden Wechsel auf Sauerstoff steht für die Fertigfrischphase, d.h. der Periode ohne Brennstoffeinleitung, ein entsprechend höherer Blasquerschnitt für den Sauerstoff zur Verfügung. Dadurch verkürzt sich diese Frischphase, und daraus wiederaum resulttiert eine verringertem Gesamtfrischzeit, die einen Gewinn für die Stahlproduktion bedeutet.In addition to the advantages of the method according to the invention which have already been set out, a further advantage is to be pointed out, particularly in steel production. By using the oxygen inlet pipes of one or more nozzles in the oxygen blow-through process for supplying finely divided, carbon-containing fuels during the fuel introduction period and the subsequent change to oxygen, stands for the finished fresh phase, i.e. the period without introduction of fuel, a correspondingly higher blowing cross-section is available for the oxygen. This shortens this fresh phase, which in turn results in a reduced total fresh time, which means a profit for steel production.
Das erfindungsgemäße Verfahren eigne sich zur Einleitung der verschiedensten feinkörnigen Brennstoffe beispielsweise Kohle verschiedener Qualität, Koks, Braunkohlenkoks, Graphit, Raffinierückstände und Mischungen dieser Brennstoffe. Die Brennstoffe werden in pulverisierter oder gekörnter Form zugeführt, wobei Korngröße und Korngrößenverteilung in weiten Grenzen varriert werden können.The method according to the invention is suitable for introducing a wide variety of fine-grained fuels, for example coal of different quality, coke, brown coal coke, graphite, refining residues and mixtures of these fuels. The fuels are supplied in powdered or granular form, whereby the grain size and grain size distribution can be varied within wide limits.
Als Trägergas eignen sich insbesondere Inertgase, wie Argon, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Erdgas und Wasserdampt.Inert gases such as argon, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrocarbons such as methane, natural gas and water vapor are particularly suitable as carrier gas.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Einleitung von Sauerstoff beschränkt, sondern einge sich auch für die Einleitung anderer Sauerstoff enthaltender Gase, insbesondere Luft, und Mischungen von Sauerstoff und anderen Gasen, insbesondere Sauerstoff mit Argon.The method according to the invention is not restricted to the introduction of oxygen, but is also suitable for the introduction of other oxygen-containing gases, in particular air, and mixtures of oxygen and other gases, in particular oxygen with argon.
Gemäß einer bevorzugten Ausfürhungsform wird nur ein Teil der Gesamtzahl der Düsen, die unterhalb der Eisenbadoberfläche in einem Behandlungsgefäß, beispielsweise einem Eisenbadreaktor für die Gaserzeugung oder einem Sauerstoff-Durchblaskonverter für die Stählerzeugung, angeordnet sind, als Einleitungsdüsen für die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe herangezogen.According to a preferred embodiment, only a part of the total number of nozzles which are arranged below the iron bath surface in a treatment vessel, for example an iron bath reactor for gas production or an oxygen blow-through converter for steel production, are used as inlet nozzles for the carbon-containing fuels.
Das erdinfungsgemäße Verfahren, bei dem ein Wechsel von Brennstoff zu Sauerstoff und umgekehrt im gleichen Düsenkanal erfolgt, kann auch auf andere Prozesse, bei denen in eine Eisenschmelze kohlenstoffhaltige Brennstoffe eingeleitet werden, angewandt werden.The method according to the earth's infection, in which a change from fuel to oxygen and vice versa takes place in the same nozzle channel, can also be applied to other processes in which carbon-containing fuels are introduced into an iron melt.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße verfahren zum wechselweisen Einleiten von feinteiligen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und Sauerstoff näher erläutert.The method according to the invention for alternately introducing finely divided, carbon-containing fuels and oxygen is explained in more detail below.
Der vorhandene Druck im Sauerstoffversorgungssystem, d.h. der Sauerstoffvordruck, der normalerweise in der Größenordnung von 20 bar liegt, dient zur Umschaltung des Ventils. Der Sauerstoffvordruck wird im Ventil selbst auf den Sauerstoffblasdruck der Düse reduziert. Der bewegliche Ventilkörper öffnet bei anstehendem Sauerstoffvordruck nur den Sauerstofföffnungsquerschnitt für die Düse. Bei Verringerung des anstehenden Sauerstoffvordrucks um einen bestimmten, über eine Feder einstellbaren Betrag von 0,5 bis 10 bar, vorzugsweise 2 bar, über dem Sauerstoffblasdruck der Düse, ist nur der Brennstofföffnungsquerschnitt zur Düse freigegeben.The existing pressure in the oxygen supply system, i.e. the oxygen admission pressure, which is normally of the order of 20 bar, serves to switch over the valve. The oxygen admission pressure is reduced in the valve itself to the oxygen blowing pressure of the nozzle. The moving valve body only opens the oxygen opening cross-section for the nozzle when oxygen pressure is present. When the prevailing oxygen admission pressure is reduced by a certain amount, which can be set by means of a spring, of 0.5 to 10 bar, preferably 2 bar, above the oxygen blowing pressure of the nozzle, only the fuel opening cross section to the nozzle is released.
Um betriebssicher die Umschaltung von Brennstoff auf Sauerstoff zu gewährleisten und insbesondere um Leitungen zu vermeiden, die von Brennstoff und Sauerstoff nacheinander durchströmt werden, wird das Umschaltventil in unmittelbarer Nähe der Düse am Konverter, zwischen Konverterdrehachse und Düse, insbesondere in Baueinheit mit der Düse selbst, montiert. Das Umschaltventil ist dabei vorzugsweise direkt am Montageflansch der Düse angebracht.In order to ensure the reliable switching of fuel to oxygen and, in particular, to avoid lines through which fuel and oxygen flow in succession, the changeover valve is located in the immediate vicinity of the nozzle on the converter, between the converter axis of rotation and the nozzle, in particular in a structural unit with the nozzle itself, assembled. The changeover valve is preferably attached directly to the mounting flange of the nozzle.
Als Düsen werden normalerweise die bewährten Doppenrohrdüsen mit Schutzmedium-Ummantelung eingesetzt. Bei dieser Düsenausführungsform strömt üblicherweise durch das Zentralrohr der Sauerstoff. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, im Wechsel Sauerstoff oder Brennstoff durch diesen Düsenkanal, d.h. in diesem Fall dem zentralen Düsenrohr, zu leiten und beliebig oft von Brennstoff auf Sauerstoff umzuschalten. Zum Düsenschutz gegen vorzeitiges Zurückbrennen der Düse in der feuerfesten Ausmauerung, in der sie normalerweise eingebaut ist, strömt durch den Ringspalt zwischen dem inneren und einem zweiten äußeren Düsenrohr ein Schutzmedium. Als Schutzmedium können Gase und/oder Flüssigkeiten eingesetzt werden. Bevorzugt kommen Kohlenswaserstoff, wie Methan, Erdgas, Propan, Butan, leichtes Heizöl und andere Oltypen in Frage. Der Anteil an Kohlenwasserstoffen, bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz, ist gering und liegt zwischen 1 und 5 Gew.-%.The proven double-tube nozzles with protective medium coating are normally used as nozzles. In this nozzle embodiment, the oxygen usually flows through the central tube. The method according to the invention allows oxygen or fuel to be passed alternately through this nozzle channel, ie in this case the central nozzle tube, and to switch from fuel to oxygen as often as desired. To protect the nozzle against premature burning back of the nozzle in the refractory lining in which it is normally installed, flows through the annular gap between the inner and a second outer a protective medium. Gases and / or liquids can be used as a protective medium. Carbon dioxide such as methane, natural gas, propane, butane, light heating oil and other types of oil are preferred. The proportion of hydrocarbons, based on the oxygen throughput, is low and is between 1 and 5% by weight.
Das Verfahren zum Betrieb des Umschaltventils nach der Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Düsentyp beschränkt, sondern kann vielmehr für jede Einleitungsdüse im Konverterbereich zum Umschalten von sauerstoffhaltigen Medien auf feinkörmige kohlenstoffhaltige herangezogen werden. Das Umschaltventil kann z.B. in Verbindung mit der sogenannten Ringschlitzdüse nach dem deutschen Patent 2 438 142 eingesetzt werden.However, the method for operating the changeover valve according to the invention is not limited to this type of nozzle, but rather can be used for each inlet nozzle in the converter area for switching from oxygen-containing media to fine-shaped carbon-containing media. The switching valve can e.g. can be used in conjunction with the so-called ring slot nozzle according to German Patent 2,438,142.
Ein bevorzugte Verfahren zum Betrieb des Umschaltventils besteht darin, bestimmte Doppelrohrdüsen, z.B. zwei von insgesamt zehn, die im Konverterboden eines Sauerstoff-Durchblaskonverters eingebaut sind, kurzzeitig mit Sauerstoff, dann über einen längeren Zeitraum von beispielsweise 8 min mit einer Suspension aus pulverförmigen, Kohlenstoff enthaltende Brennstoffen und einem Trägergas zu betreiben und danach gegen Frischende, beispielsweise 5 min, wieder mit Sauerstoff zu vorsogen. Als kohlenstoffhaltige Brennstoffe haben sich Koks, Braunkohlenkoks, Graphit, Kohle verschiedener Qualitäten und Mischungen davon im feinteiligen Zustand von bis etwa 1 mm Korngröße bewährt. Die Umschaltventile haben sich als überaus betriebssicher herausgestellt, so ließen sich beispielsweise die Ventile über 1000 Chargen in der beschrieben Betriebsweise ohne Störungen einsetzen.A preferred method of operating the switching valve is to use certain double tube nozzles, e.g. to operate two of a total of ten, which are installed in the converter floor of an oxygen blow-through converter, briefly with oxygen, then over a longer period of, for example, 8 minutes with a suspension of powdered, carbon-containing fuels and a carrier gas and then against freshness, for example 5 minutes to prevent oxygen again. Coke, lignite coke, graphite, coal of various qualities and mixtures thereof in the finely divided state of up to about 1 mm grain size have proven themselves as carbon-containing fuels. The changeover valves have proven to be extremely reliable, for example the valves over 1000 batches could be used in the described mode of operation without malfunctions.
Pneumatisch oder elektrisch ansteuerbare Ventile zur Mediumumschaltung sind handelsüblich und werden vielfach eingesetzt. Jedoch erfordern die bekannten Ventile zur Umsteuerung eine zusätzliche Leitung für das Steuermedium. Beim Einbau der bekannten Ventile direkt an einem Stahlerzeugungskonverter entstehen Schwierigkeiten wegen der relativ hohen Umgebungstemperatur von bis zu 300°C und darüber hinaus durch die erforderliche Zuführung einer weiteren Steuerleitung. Diese Leitungen müssen über eine Drehdurchführung im Konverterdrehzapfen an den Konverter herangeführt werden.Pneumatically or electrically controllable valves for medium switching are common and are widely used. However, the known valves for reversing require an additional line for the control medium. When installing the known valves directly on a steel production converter, difficulties arise because of the relatively high ambient temperature of up to 300 ° C. and, moreover, due to the need to supply an additional control line. These lines must be brought to the converter via a rotating union in the converter pivot.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des Umschaltventils werden diese Nachteile vermieden, da das Anwendungsmedium im Konvertir, nämlich Sauerstoff, direkt zur Ventilsteuerung benutzt wird. Ein zusätzliches Steuermedium bzw. eine elektrische Leitung entfällt damit. Der Sauerstoff wird mit dem Netzdruck, d.h. dem Vordruck, bis an das Umschaltventil herangeführt. Der volle Sauerstoffvordruck, normalerweise liegt dieser in der Größenordnung von 20 bar, wird im Ventil zur Steuerung des beweglichen Ventilkörpers genutzt. Selbstverständlich sind auch andere Druckwerte, abhängig vom Sauerstoffversorgungssystem, geeignet.These disadvantages are avoided in the method according to the invention for operating the changeover valve, since the application medium in the converter, namely oxygen, is used directly for valve control. An additional control medium or an electrical line is therefore unnecessary. The oxygen is mixed with the network pressure, i.e. the admission pressure up to the changeover valve. The full oxygen upstream pressure, normally around 20 bar, is used in the valve to control the movable valve body. Of course, other pressure values, depending on the oxygen supply system, are also suitable.
Der Sauerstoffdruck wirkt im Ventil auf einen beweglichen Ventilkörper, der den Brennstofföffnungsquerschnitt zum Umschaltventil gasdicht verschließt. In dieser Stellung des beweglichen Ventilkörpers kann zur Sauerstoff durch den Sauerstofföffnungsquerschnitt zum Düsenkanal gelangen. Der Sauerstofföffnungsquerschnitt ist so bemessen, daß er als Drosselorgan wirkt und den Sauerstoffvordruck auf den Sauerstoffdüsendruck reduziert. Durch diese Druckreduzierung, beispielsweise von 20 bar Vordruck auf 4 bar Düsendruck, bestimmt der Sauerstofföffnungsquerschnitt auf die Sauerstoffströmungsmenge. Der Sauerstofföffnungsquerschnitt wird am Umschaltventil fest eingestellt. Diese Einstellung kann jedoch entsprechend den gewünschten Druckverhältnissen relativ einfach geändert werden.The oxygen pressure in the valve acts on a movable valve body, which closes the fuel opening cross-section to the changeover valve in a gas-tight manner. In this position of the movable valve body, oxygen can reach the nozzle channel through the oxygen opening cross section. The oxygen opening cross-section is dimensioned such that it acts as a throttle element and reduces the oxygen admission pressure to the oxygen nozzle pressure. This reduction in pressure, for example from 20 bar upstream pressure to 4 bar nozzle pressure, determines the cross section of the oxygen opening to the amount of oxygen flow. The oxygen opening cross-section is fixed at the changeover valve. However, this setting can be changed relatively easily according to the desired pressure conditions.
Sobald sich der Sauerstoffvordruck verringert d.h. wenn die Sauerstoffzufuhr abgestellt und die Leitung entspannt wird, schaltet das Umschaltventil mit Hilfe des beweglichen Ventilkörpers um. Der Sauerstofföffnungsquerschnitt wird gasdicht verschlossen und der Brennstofföffnungsquerschnitt freigegeben. Die Druckdifferenz zwischen dem Sauerstoffvordruck, z.B. 20 bar, und der Sauerstoffvordruckverminderung, bei der sich der Schaltvorgang auslöst, wird über eine Feder im Ventil um einen Wert zwischen 0,5 bis 10 bar, vorzugsweise 2 bar, über dem Sauerstoffblasdruck der Düse, beispielsweise 4 bar, im Umschaltventil fest eingestellt und beträgt folglich beispielsweise 6 bar. Diese Auslösung des Umschaltvorgangs durch eine in den angegebenen Grenzen von 0,5 bis 10 bar wählbare Druckdifferenz über den Sauerstoffblasdruck der Düse hat den Vorteil, daß bei langsamen Druckabbau in der Sauerstoffvordruckleitung keine Zwischenstellung oder Flatterstellung des beweglichen Ventilkörpers auftritt, bei der sowohl Sauerstoff als auch Brennstoff gleichzeitig in den Düsenkanal gelangen können.As soon as the oxygen admission pressure decreases i.e. When the oxygen supply is shut off and the line is released, the changeover valve switches using the movable valve body. The oxygen opening cross section is closed gas-tight and the fuel opening cross section is released. The pressure difference between the oxygen pre-pressure, e.g. 20 bar, and the oxygen pre-pressure reduction at which the switching process is triggered, is set via a spring in the valve by a value between 0.5 to 10 bar, preferably 2 bar, above the oxygen blowing pressure of the nozzle, for example 4 bar, in the changeover valve and is consequently, for example, 6 bar. This triggering of the switching process by means of a pressure difference that can be selected within the specified limits of 0.5 to 10 bar via the oxygen blowing pressure of the nozzle has the advantage that, in the event of slow pressure reduction in the oxygen pre-pressure line, no intermediate position or fluttering of the movable valve body occurs, in which both oxygen and Fuel can get into the nozzle channel at the same time.
Vorzugsweise steht die Sauerstoffzufuhrleitung mit einer Ventilkammer in Verbindung, die eine Begrenzungswand aufweist, die unter Sauerstoffgasdruck eine Längenänderung der Ventilkammer zuläßt, das verschiebbare Ende der Ventilkammer mit einem doppelt wirkenden Ventilkörper verbunden ist, der einerseits den Brennstofföffnungsquerschnitt und andererseits den Sauerstofföffnungsquerschnitt überwacht, und der Ventilkörper so vorbelastet ist, daß der Sauerstofföffnungsquerschnitt verschlossen ist.The oxygen supply line is preferably connected to a valve chamber which has a boundary wall which permits a change in length of the valve chamber under oxygen gas pressure, the displaceable end of the valve chamber is connected to a double-acting valve body which monitors the fuel opening cross section on the one hand and the oxygen opening cross section on the other hand, and the valve body is so preloaded that the oxygen opening cross section is closed.
Die Vorbelastung des Ventilkörpers kann durch eine Feder bewirkt werden oder durch gleichwirkende Mittel, wie einen pneumatischen Vordruck.The preloading of the valve body can be brought about by a spring or by equivalent means, such as a pneumatic pre-pressure.
Der Ventilkörper ist vorzugsweise koaxial in der Brennstoffzuführungsleitung angeordnet.The valve body is preferably arranged coaxially in the fuel supply line.
Die Begrenzungswand ist vorzugsweise von einem Faltenbalg gebildet.The boundary wall is preferably formed by a bellows.
Die sauerstoffdurchströmten Teile der Vorrichtung sind gasdicht gegen die brennstoffdurchströmten Teile abgedichtet.The parts of the device through which oxygen flows are sealed gas-tight against the parts through which fuel flows.
Es ist ein Drosselorgan vorgesehen, das den Sauerstofföffnungsquerschnitt bestimmt.A throttle element is provided which determines the cross section of the oxygen opening.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nunmehr anhand einer beispielsweisen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The method according to the invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing.
Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Umschaltventil, zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren.The figure shows a longitudinal section through a changeover valve, for use in the method according to the invention.
Das Umschaltventil umfaßt ein ortsfestes Gehäuse 1 (schrägschraffiert dargestellt), mit einer Sauerstoffzuleitung 3, in der bei Sauerstoffzufuhr zum Düsenrohr 4 der Sauerstoffvordruck herrscht. In der dargestellten Lage des beweglichen Ventilkörpers 5 (längsschraffiert dargestellt) steht kein Sauerstoffdruck an, und den Brennstofföffnungsquerschnitt 6 ist freigegeben, so daß der Brennstoff, beispielsweise eine Kohle/Stickstoff-Suspension, aus der Brennstoffleitung 7 zur Düsenleitung 4 gelangen kann.The changeover valve comprises a stationary housing 1 (shown hatched), with an
Beispielsweise dient als Fördergas für den pulversierten Kohlenstoff, z.B. Koks, Stickstoff oder Inertgas, z.B. Argon. Das Fördergas hat ohne Beladung einen Druck von etwa 3 bar und bei voller Beladung mit 17 kg Kohlenstoff pro Nm3 eine Druck von etwa 12 bar.For example, serves as the conveying gas for the powdered carbon, for example coke, nitrogen or inert gas, for example argon. The feed gas has a pressure of about 3 bar without a load and a pressure of about 12 bar with a full load of 17 kg of carbon per Nm 3 .
Sobald die Sauerstoffzuleitung 3 mit dem Sauerstoffvordruck, z.B. 20 bar, beaufschlagt wird, wandert der bewegliche Ventilkörper 5 in Richtung Brennstoffzuführungsleitung 7 und verschließt durch die Dichtmittel 8 in Zusammenwirkung mit der Anliegefläche 9 den Brennstofföffnungsquerschnitt 6. Der Sauerstofföffnungsquerschnitt 10 wird freigegeben, und Sauerstoff strömt in das Düsenrohr 4. Um die gewünschte Druckreduzierung vom Sauerstoffvordruck (20 bar) auf den Sauerstoffdüsendruck, beispielsweise 3 bar, zu erzielen, kann der Sauerstofföffnungsquerschnitt 10 durch unterschiedliche Bohrungsdurchmesser 10 in der Lochscheibe des Drosselorgans 11 entsprechend eingestellt werden.As soon as the
Sobald der Sauerstoffvordruck um eine einstellbare Druckdifferenz zwischen 0,5 bis 10 bar über dem Blasdruck der Düse 4 (0,5 bis 10 bar + Blasdruck) abgesunken ist, verschiebt sich der bewegliche Ventilkörper 5 wieder in die dargestellte Lage und gibt den Brennstofföffnungsquerschnitt 6 frei. Die Druckdifferenz für das Auslösen des Schaltvorgangs wird in der beschriebenen Ausführungsform durch die Federkraft der Feder 13 eingestellt.As soon as the oxygen admission pressure has dropped by an adjustable pressure difference between 0.5 to 10 bar above the blowing pressure of the nozzle 4 (0.5 to 10 bar + blowing pressure), the movable valve body 5 moves back into the position shown and releases the fuel
Zur erwähnen ist noch, daß die sauerstoffdurchströmten Teile bei Brennstofförderung gasdicht verschlossen sind und der Metallfaltenbalg 14 beim Umschalten die erforderliche Bewegung des beweglichen Ventilkörpers 5 zuläßt.It should also be mentioned that the parts through which oxygen flows are sealed gas-tight when the fuel is being conveyed and that the metal bellows 14 allows the required movement of the movable valve body 5 when switching over.
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