EP1242636B1 - Verfahren und vorrichtung zum kontrollierten eindüsen eines gases in ein metallurgisches gefäss - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kontrollierten eindüsen eines gases in ein metallurgisches gefäss Download PDF

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EP1242636B1
EP1242636B1 EP00993529A EP00993529A EP1242636B1 EP 1242636 B1 EP1242636 B1 EP 1242636B1 EP 00993529 A EP00993529 A EP 00993529A EP 00993529 A EP00993529 A EP 00993529A EP 1242636 B1 EP1242636 B1 EP 1242636B1
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EP
European Patent Office
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gas
section
cross
supply means
gas supply
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00993529A
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English (en)
French (fr)
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EP1242636A1 (de
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Kurt Wieder
Johann Wurm
Mohamed Tarek El-Rayes
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
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Publication date
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Publication of EP1242636A1 publication Critical patent/EP1242636A1/de
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Publication of EP1242636B1 publication Critical patent/EP1242636B1/de
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    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge

Definitions

  • the invention relates to a method for supplying a gas into a metallurgical vessel, wherein the gas is carried with a condensable component in gaseous and / or liquid state and the gas is supplied to the metallurgical vessel via one or more gas supply means, and a gas supply means to carry out the process.
  • Metallurgical vessels in particular melter gasifiers, via gas nozzles, an oxygen-containing gas, such as air or oxygen-enriched air or technical oxygen supplied.
  • an oxygen-containing gas such as air or oxygen-enriched air or technical oxygen supplied.
  • a condensable or vaporizable component is usually formed by water or water vapor.
  • Nozzles for decarburizing liquid pig iron known. These nozzles are characterized by a constriction, a diverging, the bottleneck downstream section, as well as a constriction upstream tapering section and a likewise diverging outflow section. Purpose of the section is to produce an emulsion of gas phase and pig iron by the injected gas by means of supersonic flow.
  • the object of the subject invention is to provide a method for introducing a gas into a metallurgical vessel, wherein before the gas water vapor or water is carried along and possible damage to the gas supply means greatly reduced or completely prevented.
  • the method according to the invention reliably makes it possible to evenly distribute liquid condensed in the gas phase in the gas stream, since the deposition of a liquid film in the vortex zone is no longer possible. A redeposition of a liquid film after the vortex zone is also no longer possible due to the then prevailing flow conditions and temperatures.
  • the method according to the invention further makes it possible to use the component in the liquid state, for example by spraying it into the gas stream. By saving a separate evaporation step can be achieved cost savings.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention consists in that the gas is formed by oxygen, in particular technical oxygen, as obtained, for example, from an air separation plant.
  • the gas velocity after the first section and before the vortex zone is kept substantially constant for a while.
  • the gas velocity is kept substantially constant for a while before the first section.
  • the invention also provides a gas supply means for supplying a gas into a metallurgical vessel, wherein the gas supply means is interspersed along a central longitudinal axis of a single flow channel, and wherein water vapor or water is carried by the gas as a condensable or vaporizable component.
  • such a gas supply means is characterized by the features of claim 5.
  • a sudden cross-sectional widening here means a sudden increase in the diameter of the flow channel taking place in the gas flow direction.
  • a step is formed on the inner wall of the flow channel, which ensures sufficient atomization of deposited or entrained liquid and then sufficient turbulence and mixing of the gas components.
  • the first section or the tapering section in front of the nozzle and the outflow section after the nozzle.
  • the resulting shorter life of the nozzle and / or the refractory material resulting from this less optimal arrangement may still be sufficient for certain applications.
  • an intermediate section with a substantially constant flow cross section is arranged between the tapering section and the sudden cross-sectional widening.
  • this intermediate section is the sudden cross-sectional widening in a - optimal for turbulence and avoidance of a liquid film in the outflow - optimal distance from the melter gasifier side opening of the gas supply means.
  • the rise of the flow cross-section at the sudden cross-sectional widening has an average gradient ⁇ of substantially 90 °.
  • 90 ° does not represent the maximum upper limit for the slope ⁇ , and higher values for ⁇ may lead to expedient embodiments. From higher values for ⁇ Although a sharper tear-off edge results, this edge also wears more easily at ⁇ > 90 ° than at ⁇ ⁇ 90 °.
  • an inflow section with a substantially constant gas flow cross section is arranged upstream of the narrowing section in the gas flow direction.
  • Another aspect of the present invention relates to a device for supplying a gas into a metallurgical vessel, the device comprising one or more gas supply means according to the invention, gas supply lines to the gas supply means and means for introducing a condensable component into the gas supply means.
  • Such an insert is characterized in that along an axis which - coincides with the insert inserted into the nozzle - with the central longitudinal axis of the nozzle, a gas flow channel is guided through the insert and wherein the outer contour of the insert at least a portion of the inner contour of the taper section and wherein the cross-section of the gas flow channel is tapered in the gas flow direction and wherein the outlet opening is provided with a tear-off edge, whereby - with inserted into the nozzle insert - a the tapering section in the gas flow direction downstream jump cross-sectional expansion of the gas flow channel is formed.
  • spoiler edge is therefore to be understood as meaning the statements made above regarding the sudden cross-sectional widening.
  • the insert described above can be easily inserted into an existing nozzle, such as during a maintenance outage with remote gas supply line. Since the outer contour of the insert is accurately reshaped to the inner contour of the nozzle channel, in particular of the tapering section or at least a part thereof, the insert is pressed by the gas pressure against the tapering section at startup of the nozzle.
  • the gas flow channel or its part tapering in the gas flow direction then forms the tapered section of the converted nozzle, while the tear-off edge of the insert piece forms the sudden cross-sectional widening of the nozzle.
  • a partial region of the inner contour of the outflow section is additionally simulated by the outer contour of the insert, the inner contour then forms the intermediate portion of the converted nozzle.
  • a partial region of the inflow section can be modeled by the outer contour of the insert.
  • either the location of the trailing edge or the sudden cross-sectional widening in the retrofitted nozzle is determined and / or an overall more solid, easier to handle and accurately insertable into the nozzle part created ,
  • nozzles of the device according to the invention have a smaller cross-section immediately before the sudden increase in cross-section. This has the consequence that the admission pressure in the supply line supplying the nozzle is increased compared with the prior art and therefore - with constant supply pressure - the pressure difference at the flow control element, which is present the nozzles is lower.
  • This flow control element which throttles the supply pressure in a common supply line to the pressure prevailing in the feed lines for all nozzles, always has the disadvantage of a large noise development. Since the pressure difference between supply pressure and admission pressure is smaller, the noise development is also reduced.
  • Another advantage of the invention is that the system as a whole becomes stiffer, i. that a higher pressure prevails immediately in front of the narrowest nozzle cross-section, whereby the nozzle is prevented from penetrating by liquid phase, e.g. liquid pig iron, faster it is freed and thus nozzle damage is reduced.
  • liquid phase e.g. liquid pig iron
  • a nozzle 1 passes through the jacket 2 of a metallurgical vessel, for example a melter gasifier.
  • the nozzle 1 is formed by a water-cooled nozzle body 13.
  • a nozzle channel 6 is guided, which consists of several sections 3,4,5 and which is substantially rotationally symmetrical to a central longitudinal axis 7 of the nozzle channel 6.
  • the inflow section 3 has a substantially constant cross-section which continuously reduces in the gas flow direction 12 in a subsequent tapering section 4. Until the gas flows into the Melter carburetor, the flow cross-section is kept substantially constant in an outflow section 5.
  • the admission pressure P 1 prevails, which drops over the entire remaining length of the nozzle channel 6 to the system internal pressure P system by the pressure difference ⁇ P 1 .
  • the nozzle 1 'shown in FIG. 2 likewise has an inflow section 3 with a substantially constant flow cross-section which is continuously reduced in the gas flow direction 12 in a taper section 4.
  • At the tapering section 4 here includes an intermediate section 8 with a constant cross-section.
  • On the intermediate section 8 follows a sudden cross-sectional widening 9, which is executed in the drawing as a right-angled recess 9 in the nozzle inner wall. It is essential that the step formed by the recess 9 is not executed too high, so that the difference between the two diameters before and after the recess 9 is not too large, so that the pressure loss is not too high. It is also essential that the recess 9 is provided with a sharp spoiler lip to ensure sufficient atomization.
  • a ratio of the two diameters of 1: 1.05 to 1: 1.25 has proven particularly advantageous.
  • An outflow section 5 again of essentially constant cross-section, adjoins the abrupt cross-sectional widening 9, the zone immediately adjoining the cross-sectional widening 9 being the vortex zone 10, in which the gas and entrained component are intimately mixed.
  • the nozzle 1 shown in Fig. 3 has an insert 11 through which a as shown in Fig. 1 is equipped to a nozzle according to the invention 1 '.
  • the inner contour of the insert 11 Due to the outer contour of the insert 11, the inner contour of the entire original tapering section 4, and in each case a part of the inflow 3 and outflow section 5 are accurately reproduced.
  • the inner contour of the insert 11 is formed such that it in turn has a taper portion 4 'and an intermediate portion 8.
  • nozzles 1 can take place during a maintenance shutdown of the melter gasifier in a simple manner in which the insert is inserted from the outside into the nozzle channel 6 when the supply line is removed.
  • FIG. 4 shows two embodiments of the cross-sectional widening in detail, wherein in FIG. 4a the increase in the flow cross-section relative to the longitudinal axis 7 has a pitch ⁇ of 90 ° and in FIG. 4b a pitch ⁇ of 70 °.
  • FIG. 5 of the approximately 20 to 30 oxygen nozzles which pass through the jacket of a melter gasifier at a certain height section and approximately equally spaced, two nozzles 1 'are shown by way of example.
  • Each of the nozzles 1 ' is provided with at least one gas supply line 14, through which the nozzle 1' is supplied with oxygen or oxygen-containing gas.
  • the oxygen supply pressure to the prevailing in the ring line 17 and the gas supply lines 14 form is then throttled P 2 by a flow control member 16.
  • the ring line 17 then supplies all other (not shown here) gas supply lines, or nozzles, with oxygen.
  • the nozzles 1 ' are provided with a means 18 for introducing water or water vapor.
  • This means 18 is formed in the simplest case as a water or steam line, which opens into the nozzle channel.
  • the direction of water or water vapor injection may conveniently be both in, against, and normal to the gas flow direction within the nozzle channel respectively.
  • water is injected in the gas flow direction within the nozzle channel in this.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei von dem Gas eine kondensierbare bzw. verdampfbare Komponente in gasförmigem und/oder flüssigem Zustand mitgeführt wird und das Gas dem metallurgischen Gefäß über ein oder mehrere Gaszuführungsmittel zugeführt wird, sowie ein Gaszuführungsmittel zur Durchführung des Verfahrens.
  • Metallurgischen Gefäßen, insbesondere Einschmelzvergasern, wird über Gasdüsen ein sauerstoffhaltiges Gas, etwa Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technischer Sauerstoff, zugeführt. Zur Prozesskontrolle und Verfahrensbeeinflussung ist es erforderlich, zusammen mit dem jeweiligen Gas eine kondensierbare bzw. verdampfbare Komponente in das metallurgische Gefäß einzublasen. Diese Komponente wird in der Regel von Wasser bzw. Wasserdampf gebildet.
  • Einem Einschmelzvergaser wird Wasserdampf zugeführt, um dadurch die Flammentemperaturen an den Sauerstoffdüsen beeinflussen zu können. Da Wasserdampf nicht immer verfügbar ist, besteht eine weitere Möglichkeit darin, flüssiges Wasser in zerstäubter Form zuzuführen. Neben der endothermen Vergasungsreaktion (H2O + C ==> H2 + CO), welche in jedem Fall stattfindet, dient - im Fall von Wasser in flüssigem Zustand - zusätzlich die nach dem Einblasen aufzubringende Verdampfungswärme zur Temperaturbeeinflussung.
  • Bei beiden Maßnahmen besteht allerdings die Gefahr, dass kondensiertes bzw. noch flüssiges Wasser durch den Düsenkanal bis zum Feuerfestmaterial des Einschmelzvergasers fließt und dort das Mauerwerk beschädigt. Ein vorzeitiges Zerstäuben löst dieses Problem nicht, da immer wieder Wasser an die Innenwand des Düsenkanals gelangt und dort einen Wasserfilm ausbildet.
  • Aus dem Stand der Technik sind z.B. in der US-A-4 455 166 bzw. der FR-A-2540519 Düsen zum Entkohlen von flüssigem Roheisen bekannt. Diese Düsen sind gekennzeichnet durch eine Engstelle, einen divergierenden, der Engstelle nachgeordneten Abschnitt, sowie einen der Engstelle vorgeordneten Verjüngungsabschnitt und einen ebenfalls divergierenden Ausströmabschnitt. Zweck des Abschnittes ist es, durch das eingeblasene Gas mittels Überschallströmung eine Emulsion aus Gasphase und Roheisen zu erzeugen.
  • Die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es, ein Verfahren zum Zurführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß zu schaffen, wobei vor dem Gas Wasserdampf oder Wasser mitgeführt wird und mögliche Beschädigungen an den Gaszuführungsmitteln stark verringert bzw. ganz verhindert werden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Anzahl der Gaszuführungsmittel in jedem dieser Gaszuführungsmittel
    • die Gasgeschwindigkeit in einem ersten Abschnitt kontinuierlich erhöht wird,
    • das Gas in einer Wirbelzone mit der kondensierbaren bzw. verdampfbaren Komponente innig vermischt wird, wobei die Wirbelzone durch eine sprunghafte Querschnittserweiterung des Strömungsquerschnitts mit einer Steigung von bezogen auf die Längsachse des Strömungskanals mindestens 60° gebildet wird,
    • das mit der mitgeführten Komponente innig vermischte Gas über einen Ausströmkanal in das metallurgische Gefäß eingeblasen und
    • die Gasgeschwindigkeit über den Ausströmabschnitt im Wesentlichen konstant oder leicht fallend gehalten wird.
  • Falls die Komponente in ursprünglich gasförmigem Zustand eingesetzt wird, ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig, aus der Gasphase kondensierte Flüssigkeit im Gasstrom gleichmäßig zu verteilen, da die Ablagerung eines Flüssigkeitsfilmes in der Wirbelzone nicht mehr möglich ist. Eine Wiederablagerung eines Flüssigkeitsfilmes nach der Wirbelzone ist aufgrund der dann bereits herrschenden Strömungsverhältnisse und Temperaturen ebenfalls nicht mehr möglich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es weiters, die Komponente in flüssigem Zustand einzusetzen, beispielsweise in den Gasstrom einzusprühen. Durch die Einsparung eines separaten Verdampfungsschrittes lassen sich Kosteneinsparungen erzielen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Gas von Sauerstoff, insbesondere technischem Sauerstoff, wie er beispielsweise aus einer Luftzerlegungsanlage erhalten wird, gebildet wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Gasgeschwindigkeit nach dem ersten Abschnitt und vor der Wirbelzone eine Zeitlang im Wesentlichen konstant gehalten.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Gasgeschwindigkeit vor dem ersten Abschnitt eine Zeitlang im wesentlichen konstant gehalten.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Gaszuführungsmittel zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei das Gaszuführungsmittel entlang einer zentralen Längsachse von einem einzigen Strömungskanal durchsetzt ist, und wobei von dem Gas Wasserdampf oder Wasser als kondensierbare bzw. verdampfbare Komponente mitgeführt wird.
  • Bei diesem Gaszuführungsmittel sollen mögliche Beschädigungen im Betrieb stark verringert bzw. ganz verhindert werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Gaszuführungsmittel erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Merkmale von Anspruch 5.
  • Unter einer sprunghaften Querschnittserweiterung ist dabei eine in Gasströmungsrichtung erfolgende plötzliche Erhöhung des Durchmessers des Strömungskanals zu verstehen. Durch die dabei im Gas auftretenden Verwirbelungen und Turbulenzen werden Gasbestandteile, die bis zu diesem Ort mit dem Gas unvollständig vermischt waren, innig mit dem Gas durchmischt. Zusätzlich dazu werden etwaige Flüssigkeitsablagerungen an der Innenwand des Strömungskanals von dieser abgerissen und ebenfalls gleichmäßig im Gas verteilt.
  • Bei einer Steigung α von zumindest 60° wird an der Innenwand des Strömungskanals eine Stufe ausgebildet, welche eine ausreichende Zerstäubung von abgelagerter oder mitgeführter Flüssigkeit und danach eine ausreichende Verwirbelung und Durchmischung der Gaskomponenten sicherstellt.
  • Es ist weder für das erfindungsgemäße Verfahren, noch für das erfindungsgemäße Gaszuführungsmittel erforderlich, dass alle zuvor und nachstehend erwähnten Abschnitte eines Gaszuführungsmittels baulich in einer Düse vereint sind.
  • So ist es beispielsweise möglich, den ersten Abschnitt bzw. den Verjüngungsabschnitt vor der Düse und den Ausströmabschnitt nach der Düse anzuordnen. Die aus dieser weniger optimalen Anordnung resultierende geringere Standzeit der Düse und/oder des Feuerfestmaterials kann für bestimmte Anwendungen dennoch ausreichend sein.
  • Einer vorteilhaften Ausgestaltungsform zufolge ist zwischen dem Verjüngungsabschnitt und der sprunghaften Querschnittserweiterung ein Zwischenabschnitt mit im wesentlichen konstantem Strömungsquerschnitt angeordnet.
  • Durch diesen Zwischenabschnitt befindet sich die sprunghafte Querschnittserweiterung in einem - für eine optimale Verwirbelung und Vermeidung eines Flüssigkeitsfilmes im Ausströmabschnitt - optimalen Abstand von der Einschmelzvergaser-seitigen Öffnung des Gaszuführungsmittels.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Anstieg des Strömungsquerschnittes an der sprunghaften Querschnittserweiterung eine mittlere Steigung α von im wesentlichen 90° aufweist.
  • 90° stellt nicht die maximale obere Grenze für die Steigung α dar, auch höhere Werte für α führen zu unter Umständen zweckmäßigen Ausführungsformen. Aus höheren Werten für α resultiert zwar eine schärfere Abrisskante, allerdings verschleißt diese Kante bei α > 90° auch leichter als bei α ≤ 90°.
  • Gemäß einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Gaszuführungsmittels ist dem Verjüngungsabschnitt in Gasströmungsrichtung ein Einströmabschnitt mit im wesentlichen konstantem Gasströmungsquerschnitt vorgeordnet.
  • Ein weiterer Aspekt der gegenständlichen Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere erfindungsgemäße Gaszuführungsmittel umfasst, sowie Gaszuleitungen zu den Gaszuführungsmitteln und Mittel zum Einbringen einer kondensierbaren bzw. verdampfbaren Komponente in die Gaszuführungsmittel.
  • Um sich die Vorteile der Erfindung nutzbar machen zu können, soll es nicht erforderlich sein, bereits existierende Düsen komplett gegen erfindungsgemäße Gaszuführungsmittel auszutauschen. Es soll vielmehr auf einfache und kostensparende Weise möglich sein, existierende Düsen zu erfindungsgemäßen Gaszuführungsmitteln umzurüsten.
  • Das erfindungsgemäße Gaszuführungsmittel läßt sich realisieren mittels eines Einsatzstückes zum Umrüsten einer aus dem Stand der Technik bekannten Düse, deren Düsenkanal zumindest
    • einen Ausströmabschnitt und
    • einen Verjüngungsabschnitt, dem Ausströmabschnitt vorgeordnet ist und welcher - zum Querschnitt des Ausströmabschnittes hin - in Gasströmungsrichtung verjüngend ausgeführt ist, aufweist.
  • Ein solches Einsatzstück ist dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Achse, welche - bei in die Düse eingesetztem Einsatzstück - mit der zentralen Längsachse der Düse zusammenfällt, ein Gasströmungskanal durch das Einsatzstück geführt ist und wobei durch die Aussenkontur des Einsatzstückes zumindest ein Teilbereich der Innenkontur des Verjüngungsabschnittes nachgebildet ist und wobei der Querschnitt des Gasströmungskanals in Gasströmungsrichtung verjüngend ausgeführt ist und wobei die Austrittsöffnung mit einer Abrisskante versehen ist, wodurch - bei in die Düse eingesetztem Einsatzstück - eine dem Verjüngungsabschnitt in Gasströmungsrichtung nachgeordnete sprunghafte Querschnittserweiterung des Gasströmungskanals ausgebildet ist.
  • Unter Abrisskante sind hier demnach sinngemäß die weiter oben gemachten Ausführungen zur sprunghaften Querschnittserweiterung zu verstehen.
  • Das oben beschriebene Einsatzstück kann auf einfache Weise in eine bestehende Düse eingeschoben werden, etwa während eines Wartungsstillstandes bei entfernter Gaszuführungsleitung. Da die Außenkontur des Einsatzstückes passgenau der Innenkontur des Düsenkanals, und zwar insbesondere des Verjüngungsabschnittes bzw. zumindest eines Teiles davon, nachgeformt ist, wird bei Inbetriebnahme der Düse das Einsatzstück durch den Gasdruck gegen den Verjüngungsabschnitt gepresst.
  • Der Gasströmungskanal, bzw. sein sich in Gasströmungsrichtung verjüngender Teil bildet dann den Verjüngungsabschnitt der umgerüsteten Düse, während die Abrisskante des Einsatzstückes die sprunghafte Querschnittserweiterung der Düse bildet.
  • Vorteilhafterweise ist durch die Außenkontur des Einsatzstückes zusätzlich ein Teilbereich der Innenkontur des Ausströmabschnittes nachgebildet, dessen Innenkontur dann den Zwischenabschnitt der umgerüsteten Düse bildet.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann durch die Außenkontur des Einsatzstückes ein Teilbereich des Einströmabschnittes nachgebildet sein.
  • Abhängig davon, welche zusätzlichen Teilbereiche von Abschnitten durch die Aussenkontur des Einsatzstückes nachgebildet sind, wird davon entweder der Ort der Abrisskante bzw. der sprunghaften Querschnittserweiterung in der umgerüsteten Düse bestimmt und/oder ein insgesamt massiveres, leichter handhabbares und passgenau in die Düse einsetzbares Teil geschaffen.
  • Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Düsen weisen Düsen der erfindungsgemäßen Vorrichtung unmittelbar vor der sprunghaften Querschnittserhöhung einen geringeren Querschnitt auf. Dies hat zur Folge, dass der Vordruck in der die Düse versorgenden Zuführleitung gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist und daher - bei konstantem Versorgungsdruck - die Druckdifferenz am Flussregelorgan, welches sich vor den Düsen befindet, geringer ist. Dieses Flussregelorgan, welches für alle Düsen den Versorgungsdruck in einer gemeinsamen Versorgungsleitung auf den in den Zuführleitungen herrschenden Vordruck drosselt, weist stets den Nachteil einer großen Lärmentwicklung auf. Da nun die Druckdifferenz zwischen Versorgungsdruck und Vordruck kleiner ist, ist auch die Lärmentwicklung verringert.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das System insgesamt steifer wird, d.h. dass unmittelbar vor dem engsten Düsenquerschnitt ein höherer Druck herrscht, wodurch die Düse bei einem Eindringen von Flüssigphase, z.B. flüssigem Roheisen, schneller wieder davon befreit wird und damit Düsenschäden reduziert werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt dabei einen Querschnitt durch eine Düse nach dem Stand der Technik,
    • Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Düse,
    • Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Düse nach dem Stand der Technik, die durch einen Einsatz modifiziert ist.
    • Fig. 4 zeigt Ausführungsvarianten der Querschnittserweiterung.
    • Fig. 5 zeigt schematisch einen Teil der gesamten Vorrichtung zum Einblasen eines Gases
  • In Fig. 1 durchsetzt eine Düse 1 den Mantel 2 eines metallurgischen Gefäßes, beispielsweise eines Einschmelzvergasers. Die Düse 1 wird von einem wassergekühlten Düsenkörper 13 gebildet. Durch den Düsenkörper 13 ist ein Düsenkanal 6 geführt, welcher aus mehreren Abschnitten 3,4,5 besteht und welcher im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer zentralen Längsachse 7 des Düsenkanals 6 ist.
  • Der Einströmabschnitt 3 weist dabei einen im wesentlichen konstanten Querschnitt auf, welcher sich in einem darauffolgenden Verjüngungsabschnitt 4 kontinuierlich in Gasströmungsrichtung 12 verringert. Bis zum Einströmen des Gases in den Einschmelzvergaser wird der Strömungsquerschnitt in einem Ausströmabschnitt 5 im wesentlichen konstant gehalten.
  • Im Einströmabschnitt 3 herrscht der Vordruck P1, welcher über die gesamte restliche Länge des Düsenkanals 6 zum Systeminnendruck PSystem um die Druckdifferenz ΔP1 abfällt.
  • Die in Fig. 2 dargestellte Düse 1' weist ebenfalls einen Einströmabschnitt 3 mit im wesentlichen konstantem Strömungsquerschnitt auf, welcher in einem Verjüngungsabschnitt 4 kontinuierlich in Gasströmungsrichtung 12 verringert wird. An den Verjüngungsabschnitt 4 schließt hier ein Zwischenabschnitt 8 mit gleichbleibendem Querschnitt an. Auf den Zwischenabschnitt 8 folgt eine sprunghafte Querschnittserweiterung 9, welche in der Zeichnung als rechtwinkeliger Rücksprung 9 in der Düseninnenwand ausgeführt ist. Es ist dabei wesentlich, dass die von dem Rücksprung 9 gebildete Stufe nicht zu hoch ausgeführt ist, dass also die Differenz der beiden Durchmesser vor und nach dem Rücksprung 9 nicht zu groß ist, damit der Druckverlust nicht zu hoch wird. Es ist weiters wesentlich, dass der Rücksprung 9 mit einer scharfen Abrisskante versehen ist, um eine ausreichende Zerstäubung zu gewährleisten.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich ein Verhältnis der beiden Durchmesser von 1:1,05 bis 1:1,25 erwiesen.
  • An die sprunghafte Querschnittserweiterung 9 schließt ein Ausströmabschnitt 5 mit wiederum im wesentlichen konstantem Querschnitt an, wobei die an die Querschnittserweiterung 9 unmittelbar anschließende Zone die Wirbelzone 10 darstellt, in der Gas und mitgeführte Komponente innig durchmischt werden.
  • Hier herrscht im Einströmabschnitt 3 der Vordruck P2, welcher über die gesamte restliche Länge des Düsenkanals 6 zum Systeminnendruck PSystem um die Druckdifferenz ΔP2 abfällt. ΔP2 ist aber größer als ΔP1, sodaß auch P2 > P1 und somit die Druckdifferenz von P2 zum Versorgungsdruck (der ebenso wie PSystem in beiden Fällen gleich ist), geringer als beim Stand der Technik ist.
  • Die in Fig. 3 dargestellte Düse 1 weist einen Einsatz 11 auf, durch den eine wie in Fig. 1 dargestellte zu einer erfindungsgemäßen Düse 1' ausgerüstet ist.
  • Durch die Außenkontur des Einsatzstückes 11 sind die Innenkontur des gesamten ursprünglichen Verjüngungsabschnittes 4, sowie jeweils eines Teiles des Einström- 3 und Ausströmabschnittes 5 passgenau nachgebildet. Die Innenkontur des Einsatzstückes 11 ist dabei derart ausgebildet, dass sie wiederum einen Verjüngungsabschnitt 4' und einen Zwischenabschnitt 8 aufweist.
  • Das Nachrüsten von Düsen 1 kann während eines Wartungsstillstandes des Einschmelzvergasers in einfacher Weise erfolgen, in dem der Einsatz bei entfernter Zuführungsleitung von außen in den Düsenkanal 6 eingeschoben wird.
  • Fig. 4 zeigt zwei Ausführungsvarianten der Querschnittserweiterung im Detail, wobei bei Fig. 4a der Anstieg des Strömungsquerschnitts bezogen auf die Längsachse 7 eine Steigung α von 90° und bei Fig. 4b eine Steigung α von 70° aufweist.
  • In Fig.5 sind von den etwa 20 bis 30 Sauerstoffdüsen, die den Mantel eines Einschmelzvergasers in einem bestimmten Höhenabschnitt und etwa gleichmäßig voneinander beabstandet durchsetzen, in beispielhafter Weise zwei Düsen 1' dargestellt. Jede der Düsen 1' ist mit zumindest einer Gaszuleitung 14 versehen, durch welche die Düse 1' mit Sauerstoff bzw. sauerstoffhältigem Gas versorgt wird.
  • In einer gemeinsamen Versorgungsleitung 15 wird durch ein Flussregelorgan 16 der Sauerstoff-Versorgungsdruck auf den in der Ringleitung 17 und den Gaszuleitungen 14 herrschenden Vordruck ist das dann P2 gedrosselt. Die Ringleitung 17 versorgt dann auch alle anderen (hier zeichnerisch nicht dargestellten) Gaszuleitungen, bzw. Düsen, mit Sauerstoff. Die Düsen 1' sind mit einem Mittel 18 zum Einbringen von Wasser oder Wasserdampf versehen. Dieses Mittel 18 ist im einfachsten Fall als Wasser- bzw. Wasserdampfleitung ausgebildet, die in den Düsenkanal mündet.
  • Die Richtung der Wasser- bzw. Wasserdampfeinbringung kann in zweckmäßiger Weise sowohl in, gegen, als auch normal zur Gasströmungsrichtung innerhalb des Düsenkanals erfolgen. In bevorzugter Weise wird Wasser in Gasströmungsrichtung innerhalb des Düsenkanals in diesen eingedüst.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei von dem Gas Wasserdampf oder Wasser als kondensierbare und/oder verdampfbare Komponente mitgeführt wird und das Gas dem metallurgischen Gefäß über eines oder mehrere Gaszuführungsmittel zugeführt wird, wobei bei einer Anzahl der Gaszuführungsmittel in jedem dieser Gaszuführungsmittel
    • die Gasgeschwindigkeit in einem ersten Abschnitt kontinuierlich erhöht wird,
    • das Gas in einer Wirbelzone mit der kondensierbaren bzw. verdampfbaren Komponente innig vermischt wird, wobei die Wirbelzone durch eine sprunghafte Querschnittserweiterung des Strömungsquerschnitts mit einer Steigung von bezogen auf die Längsachse des Strömungskanals mindestens 60° gebildet wird,
    • das mit der mitgeführten Komponente innig vermischte Gas über einen Ausströmabschnitt in das metallurgische Gefäß eingeblasen und
    • die Gasgeschwindigkeit über den Ausströmabschnitt im Wesentlichen konstant oder leicht fallend gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas von sauerstoffhältigem Gas, insbesondere technischem Sauerstoff, gebildet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Abschnitt und vor der Wirbelzone die Gasgeschwindigkeit eine Zeitlang im wesentlichen konstant gehalten wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Abschnitt die Gasgeschwindigkeit eine Zeitlang im Wesentlichen konstant gehalten wird.
  5. Gaszuführungsmittel (1') zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei das Gaszuführungsmittel (1') entlang einer zentralen Längsachse (7) von einem einzigen Strömungskanal (6) durchsetzt ist, und wobei von dem Gas Wasserdampf oder Wasser als kondensierbare und/oder verdampfbare Komponente mitgeführt wird, wobei der Strömungskanal (6) - ausgehend von einem bestimmten Querschnitt - zumindest
    • eine sprunghafte Querschnittserweiterung (9) des Strömungskanals zur Verwirbelung und innigen Durchmischung der kondensierbaren bzw. verdampfbaren Flüssigkeit mit dem Gas aufweist,
    • der Anstieg des Strömungsquerschnittes an der sprunghaften Querschnittserweiterung (9) - bezogen auf die Längsachse (7) des Strömungskanals (6) - eine mittlere Steigung α von zumindest 60°, vorzugsweise von zumindest 75° aufweist, und
    • einen Ausströmabschnitt (5), welcher der Querschnittserweiterung (9) in Gasströmungsrichtung (12) nachgeordnet ist, und welcher nur eine einzige zentrale Gaszufuhr aufweist, wobei
    der Querschnittserweiterung (9) in Gasströmungsrichtung (12) ein Verjüngungsabschnitt (4) vorgeordnet ist, der einen sich in Gasströmungsrichtung (12) verjüngenden Strömungsquerschnitt aufweist.
  6. Gaszuführungsmittel (1') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verjüngungsabschnitt (4) und der sprunghaften Querschnittserweiterung (9) ein Zwischenabschnitt (8) mit im Wesentlichen konstantem Strömungsquerschnitt angeordnet ist.
  7. Gaszuführungsmittel (1') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg des Strömungsquerschnittes an der sprunghaften Querschnittserweiterung (9) eine mittlere Steigung α von im wesentlichen 90° aufweist.
  8. Gaszuführungsmittel (1') nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausströmabschnitt derart ausgebildet ist, dass die Gasgeschwindigkeit über den Ausströmabschnitt im Wesentlichen konstant oder leicht fallend gehalten wird.
  9. Vorrichtung zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere Gaszuführungsmittel (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, sowie Gaszuleitungen (14) zu den Gaszuführungsmitteln (1') und Mittel (18) zum Einbringen von Wasser oder Wasserdampf als kondensierbare bzw. verdampfbare Komponenten in die Gaszuführungsmittel (1').
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