EP1213553B1 - Postitioniereinrichtung für Brennstoff/Sauerstoff-Lanzen - Google Patents

Postitioniereinrichtung für Brennstoff/Sauerstoff-Lanzen Download PDF

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EP1213553B1
EP1213553B1 EP01128686A EP01128686A EP1213553B1 EP 1213553 B1 EP1213553 B1 EP 1213553B1 EP 01128686 A EP01128686 A EP 01128686A EP 01128686 A EP01128686 A EP 01128686A EP 1213553 B1 EP1213553 B1 EP 1213553B1
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positioning device
injection lance
injection
lance
annular gap
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Philipe Grognet
Joachim Bosch
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Air Liquide Deutschland GmbH
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Air Liquide Deutschland GmbH
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    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4606—Lances or injectors
    • C21C5/462—Means for handling, e.g. adjusting, changing, coupling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
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    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
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    • F27B3/22—Arrangements of air or gas supply devices
    • F27B3/225—Oxygen blowing
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
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    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/168—Introducing a fluid jet or current into the charge through a lance
    • F27D2003/169—Construction of the lance, e.g. lances for injecting particles

Definitions

  • the invention relates to a positioning device for fuel / oxygen lances for the entry of inputs and fuels and oxidizing agents, in particular of oxygen or oxygenated mixtures, into a molten zone Production of metals, in particular of cast iron and metal alloys in a furnace shaft of a cupola, according to the characteristics of the generic term of Claim 1.
  • a generic same positioning device for an oxygen injection lance is off DE 196 46 802 A 1 known.
  • the with a Laval nozzle equipped injection lance for the entry of oxygen in one entering a molten zone inlet channel of a melting furnace in the form a shaft furnace of a cupola, so positioned to be optimal Oxygen is introduced into the coke bed located in the molten zone, wherein a Damage caused by thermal influences of the molten zone Injection lance, for example, a scaling, thereby preventing the Injection lance to the entry nozzle or in the melting zone of the shaft furnace located coke bed with a safety margin of 15 to 20 mm is.
  • the invention is therefore based on the object, a positioning device for To provide injection lances, by means of which the injection lance in the can be positioned in the molten zone inlet channel so that an optimal entry of inputs and fuels as well as oxidizing agents in the Melting zone and an automatic method of injection lance from the Melting zone is possible.
  • the positioning device has a guide housing with a Schlittenhunt and with a guide installation on, with the with a Spring suspension connected injection lance by the flowing through the gaseous injection medium pressure is arranged axially displaceable.
  • the positioned in the inflow into the melting zone inlet channel Injection lance is characterized by when flowing through the gaseous Injection medium in the lance ring gap generated in the flow direction pressure arranged by means of the centrifuge in a carriage chamber to the injection lance Guide installation axially in the direction of the melting zone up to a Safety distance of 15 - 20 mm to the nozzle edge or in the Melting bed coke bed process and during the medium entry in the melting zone kept in operating position.
  • the injection lance After completion of the entry of gaseous fuels and from the oxidizing agent into the melting zone, the injection lance is replaced by the one from the spring suspension against the entry direction on the injection lance exerted spring pressure automatically back from the lance function damaging Retracted area of the molten zone in the introduction channel in a rest position.
  • the retraction of the injection lance with this and the guide housing connected spring suspension is preferably made of a stainless steel coil spring.
  • the guide housing with the in the carriage chamber for the process of Injection lance centric to this arranged guide installation exist preferably also made of stainless steel.
  • the annular gap has two consecutive, differently formed inlet sections E and T on.
  • the length of the inlet section E more as the fivefold of the diameter of the injection lance and the length of the Inlet distance T is always greater than the diameter of the annular gap.
  • the positioning device according to the invention for injection lances for entry of Use and fuels and oxidizing agents, especially of pure Oxygen or oxygenated mixture, in a molten zone of a Melting furnace for the production of metals, in particular of cast iron and Metal alloys in a furnace shaft of a cupola furnace ensures a automatic process of the injection lance in one in the melting zone einmündenden feed channel, whereby an optimal gas entry into the in the Melting coke bed and at Lanzenruhe ein a Damage or destruction excluding positioning in the introduction channel is guaranteed outside the melting zone.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of an inventive Positioning device for an injection lance
  • the positioning device shown in Fig. 1 has a guide housing 1, in whose carriage chamber 5 connected to a spring suspension 3 Injection lance 2 with a guide installation 4 is arranged axially movable.
  • the injection lance 2 formed with a variable diameter DL has a the gaseous injection medium (fuels and oxidizing agents, in particular pure oxygen or oxygen-containing gas mixture) into the melting zone of the melting furnace conducting annular gap with a variable diameter s.
  • the annular gap is in two different in length and diameter variable inlet sections T and E. divided.
  • the length of the inlet section E greater than five times the diameter DL the injection lance 2 and the length of the inlet section T is greater than the annular gap diameter s to choose.
  • the gaseous medium is introduced into the melting zone of the melting furnace via the annular gap diameter s and its end nozzle (s).
  • the injection lance 2 which is now pressurized by the injection medium, is prevented from damaging or destroying the injection lance 2 by thermal influences from the molten zone due to the spring force of the spring suspension 3 acting counter to the entry direction within the carriage chamber 5 of the guide housing 1 of the positioning device Distance L in a rest position 2a withdrawn from the molten zone in the introduction channel.
  • the guide housing 1 and the guide installation 4 are preferably made Stainless steel, as well as with the injection lance 2 and the guide housing. 1 connected, preferably designed as a spiral spring suspension 3
  • Fig. 2 is that found by experiment, shown graphically below Ratio between injection lance / annulus diameter DL / s in Dependence on the gas flow flowing through the lance annular gap and its flow pressure DV:

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Description

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung für Brennstoff/Sauerstoff-Lanzen zum Eintrag von Einsatz- und Brennstoffen sowie Oxidationsmitteln, insbesondere von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gemischen, in eine Schmelzzone zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen und Metalllegierungen in einem Ofenschacht eines Kupolofens, nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Eine gattungsgleiche Positioniereinrichtung für eine Sauerstoff-Injektionslanze ist aus DE 196 46 802 A 1 bekannt. Mittels dieser bekannten Positioniereinrichtung kann die mit einer Laval-Düse bestückte Injektionslanze zum Eintrag von Sauerstoff in einem in eine Schmelzzone einmündenden Einbringkanal eines Schmelzofens in Form eines Schachtofens eines Kupolofens, so positioniert werden, dass ein optimaler Sauerstoffeintrag in das in der Schmelzzone befindliche Koksbett erfolgt, wobei eine durch thermische Einflüsse der Schmelzzone verursachte Beschädigung der Injektionslanze, beispielsweise eine Verzunderung, dadurch verhindert wird, dass die Injektionslanze zur Eintragsdüse bzw. dem in der Schmelzzone des Schachtofens befindlichen Koksbett mit einem Sicherheitsabstand von 15 bis 20 mm angeordnet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Positioniereinrichtung für Injektionslanzen zur Verfügung zu stellen, mittels welcher die Injektionslanze in dem in die Schmelzzone einmündenden Einbringkanal so positioniert werden kann, dass ein optimaler Eintrag von Einsatz- und Brennstoffen sowie Oxidationsmitteln in die Schmelzzone sowie ein selbsttätiges Verfahren der Injektionslanze aus der Schmelzzone möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Positioniereinrichtung für Injektionslanzen mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung weist ein Führungsgehäuse mit einer Schlittenkammer und mit einem Führungseinbau auf, wobei die mit einer Federaufhängung verbundene Injektionslanze durch den beim Durchströmen des gasförmigen Injektionsmediums erzeugten Druck axial verschiebbar angeordnet ist.
Die in dem in die Schmelzzone einmündenden Einbringkanal positionierte Injektionslanze wird durch den beim Durchströmen des gasförmigen Injektionsmediums in dem Lanzenringspalt in Strömungsrichtung erzeugten Druck mittels des in einer Schlittenkammer zentrisch zur Injektionslanze angeordneten Führungseinbaus axial in Richtung der Schmelzzone bis zu einem Sicherheitsabstand von 15 - 20 mm zu der Düsenkante bzw. zu dem in der Schmelzzone befindlichen Koksbett verfahren und während des Mediumeintrags in die Schmelzzone in Betriebsposition gehalten.
Nach Beendigung des Eintrags von gasförmigen Einsatz- und Brennstoffen sowie von dem Oxidationsmittel in die Schmelzzone wird die Injektionslanze durch den von der Federaufhängung entgegen der Eintragsrichtung auf die Injektionslanze ausgeübten Federdruck selbsttätig wieder aus dem die Lanzenfunktion schädigenden Bereich der Schmelzzone in den Einbringkanal in eine Ruheposition zurückgezogen.
Das bisherige manuelle, aus sicherheitstechnischen Gründen nicht unproblematische Zurückziehen der Injektionslanze aus der Schmelzzone, entfällt.
Die zum Zurückziehen der Injektionslanze mit dieser und dem Führungsgehäuse verbundene Federaufhängung besteht vorzugsweise aus einer Edelstahl-Spiralfeder.
Das Führungsgehäuse mit dem in dessen Schlittenkammer zum Verfahren der Injektionslanze zentrisch zu dieser angeordneten Führungseinbau bestehen vorzugsweise ebenfalls aus Edelstahl.
Zur Gewährleistung einer homogenen Gasströmung ohne den Gasfluß negativ beeinflussende Wirbelbildung weist der Ringspalt zwei aufeinanderfolgende, unterschiedlich ausgebildete Einlaufstrecken E und T auf.
Diesbezüglich ist es besonders günstig, wenn die Länge der Einlaufstrecke E mehr als das Fünffache des Durchmessers der Injektionslanze beträgt und die Länge der Einlaufstrecke T stets größer als der Durchmesser des Ringspalts ist.
Zur Berechnung der zum Zurückziehen der in dem Führungsgehäuse federgelagerten Injektionslanze um die Distanz L in Lanzenruheposition erforderlichen Federkonstanten D der Federaufhängung in Abhängigkeit von der Menge und dem Strömungsdrucks DV des durch den Ringspalt der Injektionslanze in die Schmelzzone strömenden Gasvolumenstroms und in Abhängigkeit von der Höhe der Schlittenkammer H sowie in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Injektionslanze DL kann folgende Formel Verwendung finden: D = DV x (H2 - DL2)L
Die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung für Injektionslanzen zum Eintrag von Einsatz- und Brennstoffen sowie Oxidationsmitteln, insbesondere von reinem Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gemisch, in eine Schmelzzone eines Schmelzofens zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen und Metalllegierungen in einem Ofenschacht eines Kupolofens, gewährleistet ein selbsttätigen Verfahren der Injektionslanze in einem in die Schmelzzone einmündenden Einbringkanal, wodurch ein optimaler Gaseintrag in das in der Schmelzzone befindliche Koksbett und bei Lanzenruhestellung eine die Beschädigung oder Zerstörung ausschliessende Positionierung in dem Einbringkanal außerhalb der Schmelzzone gewährleistet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 zeigte eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung für eine Injektionslanze;
Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung des Verhältnisses von Injektionslanzen- / Ringspalt-Durchmesser zum Gas-Durchflußmenge/-Strömungsdruck.
Die in Fig. 1 dargestellte Positioniereinrichtung weist ein Führungsgehäuse 1 auf, in dessen Schlittenkammer 5 die mit einer Federaufhängung 3 verbundene Injektionslanze 2 mit einem Führungseinbau 4 axial verfahrbar angeordnet ist.
Die mit einem variablen Durchmesser DL ausgebildete Injektionslanze 2 weist einen das gasförmige Injektionsmedium (Einsatz- und Brennstoffe sowie Oxidationsmittel, insbesondere reiner Sauerstoff oder sauerstoffhaltiges Gasgemisch) in die Schmelzzone des Schmelzofens leitenden Ringspalt mit einem variablen Durchmesser s auf. Zur Gewährleistung einer wirbelfreien, homogenen Gasströmung ist der Ringspalt in zwei unterschiedliche, in Länge und Durchmesser variable Einlaufstrecken T und E unterteilt. Im Ergebnis von Versuchen wurde ermittelt, dass es besonders vorteilhaft ist, die Länge der Einlaufstrecke E größer als das Fünffache des Durchmessers DL der Injektionslanze 2 und die Länge der Einlaufstrecke T größer als den Ringspaltdurchmesser s zu wählen.
Das von einer Gasquelle unter einem Druck von etwa 0,25 bis ca. 1 bar mit einem Volumenstrom von 25 bis 55 Nm3/h durch eine Ringöffnung 1 a in das Führungsgehäuse 1 in die mittels der Positioniereinrichtung in einem in eine Schmelzzone eines Schmelzofens einmündenden Einbringkanal axial verfahrbaren Injektionslanze 2 eingebrachte, gasförmige Injektionsmedium erzeugt beim Durchströmen des Ringspalts in dem Ringspaltdurchmesser s einen in Strömungsrichtung wirkenden Druck, durch den die Injektionslanze 2 mittels des zentrisch zur Injektionslanze 2 angeordneten Führungseinbaus 4 innerhalb der Schlittenkammer 5 des Führungsgehäuses 1 bis zu einem Sicherheitsabstand von 15 - 20 mm zur Düsenkante bzw. zu dem in der Schmelzzone befindlichen Koksbett axial verfahren wird. Mittels der nunmehr in Betriebsposition befindlichen Injektionslanze 2 wird über den Ringspaltdurchmesser s und dessen stirnseitige Düse/n das gasförmige Medium in die Schmelzzone des Schmelzofens eingetragen. Nach Beendigung des Eintragvorgangs wird die nunmehr nicht mehr durch das Injektionsmedium druckbeaufschlagte Injektionslanze 2 durch die entgegengesetzt zur Eintragungsrichtung wirkende Federkraft der Federaufhängung 3 innerhalb der Schlittenkammer 5 des Führungsgehäuses 1 der Positioniereinrichtung um eine die Beschädigung oder Zerstörung der Injektionslanze 2 durch thermische Einflüsse aus der Schmelzzone verhindernde Distanz L in eine Ruheposition 2a aus der Schmelzzone in den Einbringkanal zurückgezogen.
Das Führungsgehäuse 1 und der Führungseinbau 4 bestehen bevorzugt aus Edelstahl, ebenso wie die mit der Injektionslanze 2 und dem Führungsgehäuse 1 verbundene, vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildete Federaufhängung 3.
Fig. 2 ist das durch Versuche gefundene, nachfolgend graphisch dargestellte Verhältnis zwischen dem Injektionslanzen-/Ringspalt-Durchmesser DL/s in Abhängigkeit von dem den Lanzen-Ringspalt durchströmenden Gasvolumenstrom und dessen Strömungsdruck DV zu entnehmen:
Bezupszeichenliste
1
Führungsgehäuse
1a
Ringöffnung
2
Injektionslanze (Betriebsposition)
2a
Injektionslanze (Ruheposition)
3
Federaufhängung
4
Führungseinbau
5
Schlittenkammer
L
Rückzugsdistanz Injektionslanze
T
Einlaufstrecke
s
Durchmesser Ringspalt (Injektionslanze)
DL
Durchmesser Injektionslanze
E
Einlaufstrecke

Claims (9)

  1. Positioniereinrichtung für Brennstoff/Sauerstoff-Lanzen zum Eintrag von Einsatz- und Brennstoffen sowie Oxidationsmitteln, insbesondere von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gemischen, in eine Schmelzzone eines Schmelzofens zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen und Metalllegierungen in einem Ofenschacht eines Kupolofens, mittels welcher die Injektionslanze (2) in einem in die Schmelzzone einmündenden Einbringkanal axial verfahrbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung ein Führungsgehäuse (1) mit einer Schlittenkammer (5) und mit einem Führungseinbau (4) aufweist, wobei die mit einer Federaufhängung (3) verbundene Injektionslanze (2) durch den beim Durchströmen des gasförmigen Injektionsmediums erzeugten Druck axial verschiebbar angeordnet ist.
  2. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Injektionslanze (2) axial verfahrbare Führungseinbau (4) zentrisch zur Injektionslanze (2) angeordnet ist.
  3. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise aus einer Edelstahl-Spiralfeder bestehende Federaufhängung (3) mit der Injektionslanze (2) und mit dem Führungsgehäuse (1) verbunden ist.
  4. Positioniereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgehäuse (1) mit Ringspalt (1a) und der Führungseinbau (4) bevorzugt aus Edelstahl bestehen.
  5. Positioniereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (2) einen das Injektionsmedium leitenden Ringspalt mit variablen Durchmesser aufweist.
  6. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt der Injektionslanze (2) zwei aufeinaderfolgende, die Verwirbelung der Gasströmung verhindernde Einlaufstrecken (E, T) aufweist.
  7. Positioniereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Einlaufstrecke (E) der Injektionslanze (2) mehr als das Fünffache des Durchmessers (DL) der Injektionslanze (2) beträgt.
  8. Positioniereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Einlaufstrecke (T) der Injektionslanze (2) größer als der Ringspaltdurchmesser (s) ist.
  9. Positioniereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt der Injektionslanze (2) einen dem Volumenstrom des Injektionsmediums entsprechenden variablen Durchmesser (s) aufweist.
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EP1213553A3 EP1213553A3 (de) 2003-10-01
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