EP1190996A2 - Einrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen - Google Patents

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EP1190996A2
EP1190996A2 EP01890269A EP01890269A EP1190996A2 EP 1190996 A2 EP1190996 A2 EP 1190996A2 EP 01890269 A EP01890269 A EP 01890269A EP 01890269 A EP01890269 A EP 01890269A EP 1190996 A2 EP1190996 A2 EP 1190996A2
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immersion tube
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melt
dip tube
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Definitions

  • the invention relates to a device for atomization of melts, in particular slag melts, with a Tundish, a cross-section that increases in the manner of a Laval nozzle Outlet opening for the melt and a dip tube, the lower edge of the outlet opening to form a Grips annular gap and one arranged in the interior of the dip tube Lance for a propellant.
  • Devices of the type mentioned above can be atomized and granulating slag and for spray atomization of metal melting are used, with particularly small Droplet sizes can be realized and at the same time in In the case of slag, rapid cooling and thus glazing the slag can be caused.
  • Slag melting can be a subsequent grinding of fine-grained solidified and glazed particles for use as hydraulic binders become unnecessary.
  • the dip tube forms an underflow weir, and it can by appropriate Setting the distance between the lower edge of the dip tube and the edge of the tundish outlet opening defined layer thickness can be set, which is the thickness of the jacket of the tubular melt beam, as it from the Exhaust opening emerges, defined.
  • the propellant fluid lance can be in known manner with steam propellant or liquids operated, being in the case of the use of steam corresponding geometry of the outlet opening of the lance and the like
  • Pressure the flow conditions set so can be that the propellant fluid at the speed of sound emerges from the blowing lance nozzle and subsequently in the area the outlet opening designed as a Laval nozzle rapidly expands, even supersonic speeds in this area can be achieved.
  • Flow conditions can also lead to pressure surges come in an underexpanded free jet, whereby an optimal shredding effect is naturally only guaranteed can be if a homogeneous thickness of the emerging Slag jet guaranteed in the area of the outlet opening can be. Due to the rapid cooling, was already proposed the area of the annular gap accordingly heat to prevent the bottom edge from growing and thus to prevent irregular coating thickness of the melt jet.
  • the invention now aims at very small-scale Set up a correspondingly small annular gap to be able to do a faster shredding and a enables faster glassy solidification of slags, whereby the selected annular gap width is exactly maintained at the same time can be.
  • Device according to the invention essentially in that the Dip tube with a drive for rotating movement around its Axis is connected.
  • the fact that the dip tube with a Drive is connected to the rotating movement about its axis, takes advantage of the thixotropic behavior Slag with additional shear and shear forces Significant liquefaction of the melt in the annular gap achieved, which results in a finer disintegration leaves.
  • the rotation of the dip tube turns on wear-related, even grinding in and thus one ensures constant annular gap height, making reproducible Results can be achieved over a long period of time.
  • the axial adjustability of the dip tube for setting the gap width of the annular gap and the corresponding adjustability of the propellant fluid lance can thus the optimal conditions for a quick and efficient Set disintegration and optimize within wide limits. This applies in particular to training courses where Propellant gas exits the fluid lance at the speed of sound and in the divergent Laval area of the tundish outlet opening accelerated to supersonic speed.
  • the training is advantageously made so that the lance in Inside of the dip tube, especially with the interposition of labyrinth seals, is leaking.
  • Labyrinth seal allows a corresponding sealing of the rotating dip tube opposite the propellant fluid lance, whereby at the same time the training is advantageously made such that the lance on its adjacent the nozzle for the propellant fluid Outer jacket at least one guide body or swirl body having.
  • Optimal conditions and particularly small-scale facilities can be achieved in that the nozzle mouth of the lance protrudes beyond the lower edge of the dip tube, although with advantage the rotating immersion tube and the propellant fluid lance are height adjustable are stored.
  • labyrinth seals is the extent of such height adjustability in narrow Limits to each other's height adjustment Component bound, with a defined relative adjustment the lance also a defined one relative to the rotating immersion tube Adjustment of the gap width of the labyrinth seal allows and allowed it in the way that sucked in Control the amount of false gas or false air.
  • the design according to the invention is such that the rotary drive of the dip tube is set to rotational speeds of 3 - 15 min -1 .
  • 1 is the bottom of a slag tundish referred to, wherein the liquid level of a liquid Slag or a melt 2 is indicated with 3.
  • a dip tube 4 which has a pinion 5 connected to a rotary drive formed by a motor 6 is.
  • a rotary drive of the dip tube 4 causes.
  • the area of Annular gap a between the lower edge of the dip tube 4 and the edge of the outlet opening 8 for the slag 4 shear forces due to the slow rotation of the dip tube introduced due to the thixotropic behavior of the Melt 2 to a significant liquefaction of the melt 2 contribute, creating an extremely thin-walled jet over the Opening 8 exits.
  • the outlet opening 8 is here kind of a Laval nozzle designed so that with supercritical Feeding a fluid formed an underexpanded jet can be.
  • the driving fluid is via a line 9 and a lance 10 is expelled through a nozzle 11, whereby at a supersonic speed in accordance with supercritical pressure conditions and therefore a high shear stress is achieved.
  • An additional baffle can be arranged which hinders a backflow.
  • Such a backflow A swirl body also acts efficiently in gases 12 on the outside of the propellant fluid lance 10.
  • the Lance 10 carries ring disks 13, which with corresponding Ring grooves or projections 14 on the inside of the rotatable Combed stored dip tube 4 and in this way a kind Form the labyrinth seal.
  • One in the direction of arrow 15 Intake of false gas is throttled in the way via the swirl body 12 in the area of the nozzle mouth, whereby at the same time a rotational acceleration is achieved and a backflow of gas is effectively countered.
  • the slag or melt solidifies relatively quickly after exiting from the slag outlet opening 8 due to the particularly fine-grain dispersion, so that it can be found with particularly small-sized devices.
  • Particularly advantageous conditions can be achieved by supplying propellant gas in the pressure range between 2 and 30 bar at temperatures between 20 ° and 1300 ° C via the lance 10, and rotating the immersion tube 4 at a speed of 3 to 15 min -1 becomes. Due to the uniform rotation and the liquefaction of the melt achieved in this way in the area of the annular gap a, a constant annular gap height can be maintained over a long period of time, as a result of which the corresponding disintegration conditions can be kept constant over a long period of time.

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Abstract

Bei einer Einrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen, insbesondere Schlackenschmelzen, mit einem Tundish, einer nach Art einer Lavaldüse im Querschnitt zunehmenden Auslaßöffnung (8) für die Schmelze (2) und einem Tauchrohr (4), dessen Unterkante die Auslaßöffnung (8) unter Ausbildung eines Ringspaltes (a) umgreift und einer im Inneren des Tauchrohres (4) angeordneten Lanze (10) für ein Treibfluid ist das Tauchrohr (4) mit einem Antrieb (6) zur drehenden Bewegung um seine Achse verbunden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen, insbesondere Schlackenschmelzen, mit einem Tundish, einer nach Art einer Lavaldüse im Querschnitt zunehmenden Auslaßöffnung für die Schmelze und einem Tauchrohr, dessen Unterkante die Auslaßöffnung unter Ausbildung eines Ringspaltes umgreift und einer im Inneren des Tauchrohres angeordneten Lanze für ein Treibfluid.
Einrichtungen der eingangs genannten Art können zum Zer-stäuben und Granulieren von Schlacken sowie zum Sprühzerstäuben vom Metallschmelzen eingesetzt werden, wobei besonders kleine Tröpfchengrößen realisiert werden können und gleichzeitig im Falle von Schlacken eine rasche Abkühlung und damit ein Verglasen der Schlacken bewirkt werden kann. Beim Einsatz von Schlackenschmelzen kann ein nachfolgendes Mahlen von feinstkörnig erstarrten und verglasten Partikeln für den Einsatz als hydraulische Bindemittel entbehrlich werden. Das Tauchrohr bildet hierbei ein Unterlauf-Wehr aus, und es kann durch entsprechende Einstellung des Abstandes zwischen der Unterkante des Tauchrohres und dem Rand der Tundishauslaßöffnung eine definierte Schichtstärke eingestellt werden, welche die Dicke des Mantels des rohrförmigen Schmelzestrahles, wie er aus der Auslaßöffnung austritt, definiert. Die Treibfluidlanze kann in bekannter Weise mit Dampftreibgas oder auch Flüssigkeiten betrieben werden, wobei im Falle der Verwendung von Dampf bei entsprechender Geometrie der Auslaßöffnung der Lanze und entsprechendem Druck die Strömungsbedingungen so eingestellt werden können, daß das Treibfluid mit Schallgeschwindigkeit aus der Treiblanzendüse austritt und in der Folge im Bereich der als Lavaldüse ausgebildeten Auslaßöffnung rasch expandiert, wobei in diesem Bereich sogar Überschallgeschwindigkeiten erreicht werden. Aufgrund der in weiten Grenzen veränderlichen Strömungsbedingung kann es hierbei auch zu Druckstößen in einem unterexpandierten Freistrahl kommen, wobei eine optimale Zerkleinerungswirkung naturgemäß nur dann garantiert werden kann, wenn eine homogene Dicke des austretenden Schlackenstrahls im Bereich der Austrittsöffnung gewährleistet werden kann. Aufgrund der raschen Abkühlung wurde bereits vorgeschlagen, den Bereich des Ringspaltes entsprechend zu beheizen, um ein Zuwachsen an der Unterkante und damit eine unregelmäßige Mantelstärke des Schmelzestrahles zu verhindern.
Um zu verhindern, daß über das Tauchrohr Falschluft eingesaugt wird, wurde bereits vorgeschlagen, das Unterlaufwehr nach Art eines Topfes mit einem Deckel auszubilden, wobei im Bereich der höhenverstellbaren Lanze eine entsprechende Dichtung erforderlich war. Eine Reihe von Schlacken zeichnen sich durch thixotropes Verhalten aus, und Unregelmäßigkeiten im Schlackenzufluß können auf diese Weise zu starken Unregelmäßigkeiten in der Schichtstärke führen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, bei überaus kleinbauenden Einrichtungen einen entsprechend kleinen Ringspalt einstellen zu können, welcher eine raschere Zerkleinerung und ein rascheres glasartiges Erstarren von Schlacken ermöglicht, wobei gleichzeitig die gewählte Ringspaltbreite exakt eingehalten werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung im wesentlichen darin, daß das Tauchrohr mit einem Antrieb zur drehenden Bewegung um seine Achse verbunden ist. Dadurch, daß das Tauchrohr mit einem Antrieb zur drehenden Bewegung um seine Achse verbunden ist, wird unter Ausnutzung des thixotropen Verhaltens derartiger Schlacke unter Einbringen zusätzlicher Scher- und Schubkräfte im Ringspalt eine signifikante Verflüssigung der Schmelze erzielt, wodurch sich eine feinere Desintegration erzielen läßt. Gleichzeitig wird durch die Rotation des Tauchrohres ein verschleißbedingtes, gleichmäßiges Einschleifen und damit eine konstante Ringspalthöhe gewährleistet, wodurch reproduzierbare Ergebnisse über einen langen Zeitraum erzielt werden können. Gemeinsam mit den axialen Verstellbarkeiten des Tauchrohres zur Einstellung der Spaltbreite des Ringspaltes und der entsprechenden Verstellbarkeit der Treibfluidlanze lassen sich somit die optimalen Verhältnisse für eine rasche und effiziente Desintegration einstellen und in weiten Grenzen optimieren. Dies gilt insbesondere für Ausbildungen, bei denen Treibgas mit Schallgeschwindigkeit aus der Fluidlanze austritt und im divergierenden Lavalbereich der Tundishauslaßöffnung auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt.
Mit Rücksicht auf die erfindungsgemäß geforderte Rotierbarkeit des Tauchrohres und den Umstand, daß Falschgas bzw. Falschluft lediglich gedrosselt zuströmen soll, um die Zerkleinerungswirkung im Bereich der durch das Treibfluid ausgeübten Scherbeanspruchung der flüssigen Schmelze nicht zu beeinträchtigen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß die Lanze im Inneren des Tauchrohres, insbesondere unter Zwischenschaltung von Labyrinthdichtungen, undicht geführt ist. Eine derartige Labyrinthdichtung erlaubt eine entsprechende Abdichtung des rotierenden Tauchrohres gegenüber der Treibfluidlanze, wobei gleichzeitig mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, daß die Lanze an ihrem der Austrittsdüse für das Treibfluid benachbarten Außenmantel wenigstens einen Leitkörper bzw. Drallkörper aufweist. Mit einer derartigen Ausbildung kann durch die angesaugte Falschluft zusätzlich noch eine Rotationskomponente zur Verbesserung der Zerkleinerungswirkung auf den Schlackenstrahl aufgebracht werden, wobei das über den Drallkörper und die entsprechende Labyrinthdichtung zugeführte Falschgas bzw. die zugeführte Falschluft eine Rotationsbeschleunigung des Falschgases bzw. der Falschluft bewirkt.
Optimale Verhältnisse und besonders kleinbauende Einrichtungen lassen sich dadurch erzielen, daß die Düsenmündung der Lanze über die Unterkante des Tauchrohres vorragt, wobei mit Vorteil das rotierende Tauchrohr und die Treibfluidlanze höhenverstellbar gelagert sind. Bei Verwendung von Labyrinthdichtungen ist das Ausmaß einer derartigen Höhenverstellbarkeit in engen Grenzen an die jeweilige Höhenverstellung des jeweils anderen Bauteiles gebunden, wobei eine definierte Relativverstellung der Lanze relativ zum rotierenden Tauchrohr auch eine definierte Verstellung der Spaltbreite der Labyrinthdichtung ermöglicht und es auf die Art und Weise erlaubt, die angesaugte Falschgas- bzw. Falschluftmenge zu steuern.
Mit Vorteil ist die Ausbildung erfindungsgemäß so getroffen, daß der Drehantrieb des Tauchrohres auf Drehgeschwindigkeiten von 3 - 15 min-1 eingestellt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 der Boden eines Schlackentundish bezeichnet, wobei der Flüssigkeitsspiegel einer flüssigen Schlacke bzw. einer Schmelze 2 mit 3 angedeutet ist. In die Schmelze 2 taucht ein Tauchrohr 4 ein, welches über ein Ritzel 5 mit einem von einem Motor 6 gebildeten Drehantrieb verbunden ist. Durch Rotation des Ritzels 5 im Sinne des Pfeiles 7 wird ein Drehantrieb des Tauchrohres 4 bewirkt. Im Bereich des Ringspaltes a zwischen der Unterkante des Tauchrohres 4 und dem Rand der Auslaßöffnung 8 für die Schlacke werden hierbei durch die langsame Rotation des Tauchrohres 4 Schubkräfte eingebracht, die aufgrund des thixotropen Verhaltens der Schmelze 2 zu einer signifikanten Verflüssigung der Schmelze 2 beitragen, wodurch ein überaus dünnwandiger Strahl über die Öffnung 8 austritt. Die Austrittsöffnung 8 ist hierbei nach Art einer Lavaldüse gestaltet, sodaß bei überkritischer Zuführung eines Fluids ein unterexpandierter Strahl ausgebildet werden kann. Treibfluid wird hierzu über eine Leitung 9 und eine Lanze 10 über eine Düse 11 ausgestoßen, wobei bei entsprechend überkritischen Druckverhältnissen eine Überschallgeschwindigkeit und damit eine hohe Scherbeanspruchung erzielt wird. Prinzipiell kann im Bereich des Ausstoßes des Fluidstrahles ein zusätzlicher Leitapparat angeordnet sein, welcher eine Rückströmung behindert. Einer derartigen Rückströmung von Gasen wirkt aber effizient auch ein Drallkörper 12 an der Außenseite der Treibfluidlanze 10 entgegen. Die Lanze 10 trägt Ringscheiben 13, welche mit entsprechenden Ringnuten bzw. Vorsprüngen 14 an der Innenseite des rotierbar gelagerten Tauchrohres 4 kämmen und auf diese Weise eine Art Labyrinthdichtung ausbilden. Ein in Richtung des Pfeiles 15 angesaugtes Falschgas gelangt auf die Art und Weise gedrosselt über den Drallkörper 12 in den Bereich der Düsenmündung, wodurch gleichzeitig eine Rotationsbeschleunigung erzielt wird und einem Rückströmen von Gas wirkungsvoll begegnet wird.
Die Schlacke bzw. Schmelze erstarrt bei dieser Ausbildung aufgrund der besonders feinkörnigen Dispersion relativ rasch nach dem Austritt aus der Schlackenaustrittsöffnung 8, sodaß mit besonders kleinbauenden Einrichtungen das Auslangen gefunden werden kann. Besonders vorteilhafte Verhältnisse lassen sich dadurch erzielen, daß Treibgas im Druckbereich zwischen 2 und 30 bar bei Temperaturen zwischen 20° und 1300° C über die Lanze 10 zugeführt wird, und das Tauchrohr 4 mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 15 min-1 in Rotation versetzt wird. Durch die gleichmäßige Rotation und die auf diese Weise erzielte Verflüssigung der Schmelze im Bereich des Ringspaltes a kann einen konstante Ringspalthöhe über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, wodurch die entsprechenden Desintegrationsbedingungen über einen langen Zeitraum konstant gehalten werden können.

Claims (6)

  1. Einrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen, insbesondere Schlackenschmelzen, mit einem Tundish, einer nach Art einer Lavaldüse im Querschnitt zunehmenden Auslaßöffnung für die Schmelze und einem Tauchrohr, dessen Unterkante die Auslaßöffnung unter Ausbildung eines Ringspaltes umgreift und einer im Inneren des Tauchrohres angeordneten Lanze für ein Treibfluid, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (4) mit einem Antrieb (6) zur drehenden Bewegung um seine Achse verbunden ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (10) im Inneren des Tauchrohres (4), insbesondere unter Zwischenschaltung von Labyrinthdichtungen (13, 14), undicht geführt ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (10) an ihrem der Austrittsdüse (11) für das Treibfluid benachbarten Außenmantel wenigstens einen Leitkörper (12) bzw. Drallkörper aufweist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenmündung (11) der Lanze (10) über die Unterkante des Tauchrohres (4) vorragt.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Tauchrohr (4) und die Treibfluidlanze (10) höhenverstellbar gelagert sind.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (6) des Tauchrohres (4) auf Drehgeschwindigkeiten von 3 - 15 min-1 eingestellt ist.
EP01890269A 2000-09-20 2001-09-19 Einrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen Withdrawn EP1190996A3 (de)

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