EP2882874A1 - Hot-blast lance - Google Patents

Hot-blast lance

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Publication number
EP2882874A1
EP2882874A1 EP13737131.6A EP13737131A EP2882874A1 EP 2882874 A1 EP2882874 A1 EP 2882874A1 EP 13737131 A EP13737131 A EP 13737131A EP 2882874 A1 EP2882874 A1 EP 2882874A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hot blast
shell
innermost
jacket
hot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP13737131.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2882874B1 (en
Inventor
Christian GÜNTHER
Michael Wahl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Saarstahl AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saarstahl AG filed Critical Saarstahl AG
Publication of EP2882874A1 publication Critical patent/EP2882874A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2882874B1 publication Critical patent/EP2882874B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42Constructional features of converters
    • C21C5/46Details or accessories
    • C21C5/4606Lances or injectors
    • C21C5/4613Refractory coated lances; Immersion lances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16Introducing a fluid jet or current into the charge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C2250/00Specific additives; Means for adding material different from burners or lances
    • C21C2250/02Hot oxygen

Definitions

  • the invention relates to a hot blast lance for use in metallurgical processes, such as
  • Steel making with which hot air is blown above a molten bath of a steel converter, which consists of an outer shell, and at least one inner shell, and between the outer and an inner shell at least one with coolant
  • HBI Hot Briquetted Iron
  • Converter with oxidizing gases are burned. The resulting heat is transferred to the melt transfer.
  • oxygen and / or fuels are supplied via bottom nozzles.
  • Hot air is understood as meaning an oxygen-containing gas heated to 1,200 ° C. (500-1,400 ° C.).
  • the gas is typically composed of the main components oxygen, nitrogen and argon.
  • Oxygen content is in the range of normal air (21%) and may be up to 35% or even 50% enriched with oxygen.
  • a syngas could also be understood as hot blast, for example, from the exhaust gases of a combustion reaction of a fuel, such as, for example, blast furnace gas, coke gas,
  • Converter gas or natural gas or other gaseous or liquid hydrocarbon is obtained with air.
  • the 02 content of the synthesis gas can be determined by the air ratio of the combustion and a possibly. Simultaneous enrichment of the combustion air with oxygen and / or the mixing of the combustion exhaust gases with pure
  • the hot blast produced in this case has contents of CO 2 and water as products of the combustion.
  • the invention is therefore the object of a
  • the core of the invention is that the inner jacket or the innermost jacket at least partially consists of a thermally insulating additional jacket, or a thermally insulating jacket, or is coated with a thermally insulating layer.
  • the H finallyluftnachverbrennung requires a special device for forwarding the hot blast from the hot blast source and for introducing the hot blast in the reaction vessel, via a corresponding, here
  • Hot blast lance configured according to the invention.
  • a converter As a reaction vessel, a converter can be used, as it is known from steel production.
  • an afterburning can be done with Hot wind also operate in any other usual in metallurgy reaction vessel, it is irrelevant whether the walls of the vessel are completely, partially or not cooled with cooling water.
  • temperatures of more than 1 typically prevail. 000 ° C before, wherein in the gas phase, temperatures of up to 2. 000 ° C can be achieved.
  • Reaction vessel eg. For metallurgical reactions, above the liquid bath surface, it is essential to cool the injection lance, in this case so the hot blast lance intensively with water.
  • the water cooling protects the hot wind lance from the upper space of the
  • Reaction vessel prevailing high gas temperatures.
  • the high gas temperatures go to a considerable extent on the running in the reaction vessel (eg in a steel converter) and possibly. the injection lance usually maintain exothermic reactions. As such are
  • Cooling water leading tubes constructed, which are interconnected with narrow, solid webs.
  • two adjacent tubes are connected at one end to a manifold, the other two ends each with a flow and a
  • Diameter concentric with each other This creates between the outer and the middle tube, as well as between the middle and the inner tube each have a concentric space. If one connects the outer and the inner pipe at one end of the lance and shortens the middle pipe, the result is a geometry in which the two interspaces can be used as supply and return for the lance cooling water.
  • spacers are introduced between the tubes. Often these spacers are designed as welded in the longitudinal direction on the respective thinner pipe narrow webs.
  • the described water-cooled device is used with regard to protection of heat entry.
  • hot wind is not a cold but a typical one 1200 ° C hot medium is.
  • the hot-blast process is not always a continuous process, but is one in particular in the converter process
  • Cool process breaks regularly. The result is an uneven load profile, which leads to a significant thermal cycling (TWB) of the applied equipment parts. This results in the
  • Suitable layer systems are ceramic layers, overlay layers or application layers which can be applied using the customary application methods, chemical vapor deposition, thermal spraying, build-up welding or application of SolGel systems, the layers possibly being replaced by a thermal step (by Curing, diffusion, crosslinking, etc.) can be improved in their functionality.
  • the inner shell or the innermost shell at least on the inside with a protective layer or
  • the lance advantageously still has a good resistance to abrasion and corrosion. This is important insofar as the flow rate of hot air because of the lower density of the hot air compared to air under normal conditions is significantly larger.
  • the mechanical load of the inner shell of the lance due to the flow of hot air is thereby greater than is the case with an oxygen lance, in which the oxygen is conveyed substantially in a cold state and usually under high pressure through the lance.
  • the cooling channel through which water flows is separated by two walls from the inner tube of the lance, through which the hot air flows. Due to the flowing hot air, the inner tube is mechanically, thermally and chemically stressed comparatively strong. This may cause cracks in the mantle of the jacket
  • the intermediate coat is then no longer mechanically stressed. Furthermore, it is configured that the inner shell or the innermost shell consists of several layers, and that at least the innermost of these layers, namely layer of abrasions- and / or
  • the inner shell or the innermost shell consists of a ceramic material or is coated with the same.
  • Ceramic materials advantageously meet the requirements outlined above.
  • Adhesive or liner is provided.
  • the bonding agent or liner is so elastic that it is the difference of the expansion coefficient of the inner or innermost shell to the abrasion and / or corrosion resistant material or ceramic
  • the abrasion- and / or corrosion-resistant material or the ceramic material consists of a layer system in which the surface to which the hot wind flows consists of a dense ceramic material and the surface remote from the hot wind consists of a ceramic foam material.
  • the ceramic foam material has a higher elasticity than the massively executed
  • Coating is comparatively thin. This makes it possible to keep the weight of the lance within limits. This proves to be advantageous because the lance in
  • the lance then cools until hot air is conveyed through the lance at the next converter operation.
  • the lance is heated again accordingly.
  • a suitable material for a coating may for example consist of A1 2 0 3 , Sic, SiSiC or a super-Alloy. This material can be applied for example by sputtering, electrochemical or electrolytic coating, flame spraying, paint comparable to a color or by applying a suspension in which the liquid evaporates and the solid particles surface the outer or inner
  • this ceramic material has good thermal insulation properties (i.e., low thermal conductivity).
  • the material is also sufficiently mechanically stable (in particular
  • Melting process for example by removing slag from the converter, renewing or repairing the refractory lining of the steel converter.
  • the hot wind source in the form of a pebble heater is re-fired to store heat for the production of hot air for the next
  • Fusion process is in turn promoted hot air through the inner shell of the lance, so that the inner jacket is then exposed to correspondingly high temperatures.
  • a Temper istskanal is disposed between the outer shell and the innermost shell, which in Blas humor the hot blast is also flowed through with hot blast.
  • the inner jacket may be kept at a high temperature on its outside as well, due to the hot air flowing in the tempering channel.
  • the hot air passing through the inner mantle may be kept at a high temperature on its outside as well, due to the hot air flowing in the tempering channel.
  • the hot air, which flows through the Temper istskanal is cooled in this embodiment to some extent.
  • This hot air which has flowed through the tempering channel, can be distributed via diffusely distributing outlet nozzles on the
  • Temperiansskanal streamed hot air into the gas space of the converter, it is also possible to design the Temper michskanal so that the hot air in the
  • Temperiansskanal is returned, in the direction the upper end of the lance. From there, the hot air can then be led out of the lance and released to the environment. This is from the
  • Temperiansskanal outflowing hot air advantageously led out of the hall of the factory. In the converter then only the hot air is introduced, which was conveyed through the inner shell of the lance.
  • the innermost shell is floatingly mounted in the hot blast lance.
  • the inner jacket is floatingly mounted in the lance.
  • the length changes due to the temperature changes then only lead to a lower mechanical load of the lance, because of the
  • the change in length of the inner shell can be made largely independent of the change in length of the outer shell.
  • At least the inner or the innermost shell along its longitudinal direction consists of several sections or sleeves, which at the
  • Touch points of the individual sections or sleeves are designed partially overlapping.
  • An embodiment is particularly advantageous when the floating inner shell of the hot blast lance is provided with an insulating layer, such as rock wool, in relation to the water-cooled jacket area.
  • Temperature radiation from the innermost shell in the water-cooled shell especially in the temperature range above 800 ° C is particularly effectively hindered. Carry on a little further. Basically enough even a temperature radiation obstruction in the form of a thin layer as a kind of radiation shield so that the removal of energy from the hot wind into the cooling water is stronger prevented.
  • the innermost surface or coating surface which is in direct contact with the hot blast, reduces flow resistance and / or adhesion
  • thermal insulation described above proves to be particularly advantageous in a process in which hot air is introduced into the converter during the melting process.
  • hot air is introduced into the converter during the melting process.
  • Pure oxygen in the melting of steel for refining does not depend on the temperature of the oxygen due to the process.
  • the temperature of the oxygen due to the process does not depend on the temperature of the oxygen due to the process.
  • it can be at a lance after the
  • This surface profile can be designed, for example, in the manner of a sharkskin. This surface profile can be replaced by a
  • FIG. 1 shows a hot blast source as a so-called Pebble Heater 30.
  • the Pebble Heater is a special type of regenerator. Here, cold wind is passed through a previously heated with burner gas firing stocking of bulk material, and withdrawn as a heated hot blast.
  • hot blast line which is connected to the Heiwindlanze or is connected in the inflating operating position with the hot blast line.
  • the converter operation is a batch operation
  • the hot blast only for the time of the batch operated To be available.
  • the burner is then operated in the Pebble Heater, and this heats up the stocking of bulk material in this time again until hot wind is generated again by cold wind supply in the Pebble Heater for the next converter batch.
  • Figure 2 shows the hot blast lance 10 in the operating position in which it is retracted into a converter 20.
  • the components listed above in the text are additionally added via the bottom nozzles and also oxygen is blown in on the bottom side. This presentation is the above already made statements again.
  • FIG. 3 now shows that shown in FIG
  • the innermost tube is usually the
  • Figure 3 shows only one side of a short section a
  • the outer shell 1 forms here together with the inner shell 2 a composite with a gap 3.
  • the intermediate space 3 is designed as a cooling jacket, which is flowed through by a coolant.
  • This inner shell 2 can be coated with a thin layer 41, which serves as a transition layer to a another inner jacket 42 is used.
  • This jacket 42 may already be a ceramic tube, or a ceramic coated tube.
  • the innermost tube or the innermost jacket 45 may be provided as a floating tube, and at least on the innermost surface in turn be provided with a corrosion and / or abrasion resistant layer 46.
  • the given between the innermost floating jacket or tube 45 space 5 can also with rock wool, or other thermally good
  • the coating system causes a good corrosion and abrasion resistance.
  • Pipe or shell 46 allows for different thermally induced length expansions of different materials used. This can also be done with the coatings
  • adhesion-promoting layers or liners at least

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a hot-blast lance for use in metallurgical processes, such as for example steel production, with which hot air can be blown in above a molten bath of a steel converter, which consists of an outer shell and at least one inner shell, and at least one intermediate space or cooling channel through which coolant flows is arranged between the outer shell and an inner shell. In order to achieve the effect here that a hot-blast lance can be further developed to the extent that hot air can be introduced into a reaction vessel, for example a steel converter, particularly effectively, that is to say with least possible thermal losses, and the lance is adapted better to this operating environment, it is proposed according to the invention that the inner shell (2) or the innermost shell (4) at least partially consists of a thermally insulating further shell (4), or a thermally insulating shell, or is provided with such a shell, or is coated with a thermally insulating layer.

Description

Heißwindlanze  Hot blast lance
Die Erfindung betrifft eine Heißwindlanze für den Einsatz in metallurgischen Prozessen, wie bspw der The invention relates to a hot blast lance for use in metallurgical processes, such as
Stahlherstellung, mit welcher Heißwind oberhalb eines Schmelzbades eines Stahlkonverters einblasbar ist, welche aus einem äußeren Mantel, sowie mindestens einem inneren Mantel besteht, und zwischen dem äußeren und einem inneren Mantel zumindest ein mit Kühlmittel Steel making, with which hot air is blown above a molten bath of a steel converter, which consists of an outer shell, and at least one inner shell, and between the outer and an inner shell at least one with coolant
durchflossener Zwischenraum oder Kühlkanal angeordnet ist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1. is arranged through the intermediate space or cooling channel, according to the preamble of claim 1.
Bei der Stahlherstellung in Reaktionsgefäßen, wie bspw in Konvertern wird sowohl Roheisen als auch Schrott als Einsatzmaterial verwendet. Zusätzlich kann aber auch im sogenannten Direktreduktionsverfahren hergestellter Eisenschwamm in Form von DRI (Direct Reduced Iron) oderSteelmaking in reaction vessels, such as converters, uses both pig iron and scrap as a feedstock. In addition, however, also in the so-called direct reduction process produced sponge iron in the form of DRI (Direct Reduced Iron) or
HBI (Hot Briquetted Iron) eingesetzt werden. Ein Beispiel hierfür ist aus der EP 1 920 075 Bl bekannt. HBI (Hot Briquetted Iron) can be used. An example of this is known from EP 1 920 075 B1.
Ein weiteres Verfahren ist aus der DE 43 43 957 AI bekannt, bei welchem in der Betriebsphase des Konverters Brennstoffe, Sauerstoff enthaltende Gase und Another method is known from DE 43 43 957 AI, in which in the operating phase of the converter fuels, oxygen-containing gases and
Eisenrohstoffe, auch Schrott eingeführt werden, und die Reaktionsgase oberhalb der Schmelze im Gasraum des Iron raw materials, also scrap are introduced, and the reaction gases above the melt in the gas space of the
Konverters mit oxidierenden Gasen nachverbrannt werden. Die dabei entstehende Wärme wird auf die Schmelze übertragen. Zusätzlich wird über Bodendüsen Sauerstoff und/oder Brennstoffe zugeführt. Converter with oxidizing gases are burned. The resulting heat is transferred to the melt transfer. In addition, oxygen and / or fuels are supplied via bottom nozzles.
Soweit ist die Kombination der bodenseitigen Einblasung mit Sauerstoff sowie die Aufblasung von Heißwind auf die Schmelze als solche bekannt. So far, the combination of the bottom-side insufflation with oxygen and the inflating hot blast on the melt is known as such.
Unter Heißwind wird ein auf 1.200 °C (500 - 1.400 °C) aufgeheiztes sauerstoffhaltiges Gas verstanden. Das Gas ist typischerweise aus den Hauptkomponenten Sauerstoff, Stickstoff und Argon zusammengesetzt. Der Hot air is understood as meaning an oxygen-containing gas heated to 1,200 ° C. (500-1,400 ° C.). The gas is typically composed of the main components oxygen, nitrogen and argon. Of the
Sauerstoffgehalt liegt im Bereich von normaler Luft (21%) und kann durch Anreicherung mit Sauerstoff aber Gehalte bis zu 35% oder sogar 50% aufweisen. Grundsätzlich könnte als Heißwind auch ein Synthesegas verstanden werden, das bspw. aus den Abgasen einer Verbrennungsreaktion eines Brennstoffs wie zum Beispiel Hochofengas, Koksgas, Oxygen content is in the range of normal air (21%) and may be up to 35% or even 50% enriched with oxygen. In principle, a syngas could also be understood as hot blast, for example, from the exhaust gases of a combustion reaction of a fuel, such as, for example, blast furnace gas, coke gas,
Konvertergas oder Erdgas oder eines anderen gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffs mit Luft gewonnen wird. Der 02-Gehalt des Synthesegases lässt sich durch die Luftzahl der Verbrennung und eine ggfs . gleichzeitige Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff und/oder der Vermischung der Verbrennungsabgase mit reinem Converter gas or natural gas or other gaseous or liquid hydrocarbon is obtained with air. The 02 content of the synthesis gas can be determined by the air ratio of the combustion and a possibly. Simultaneous enrichment of the combustion air with oxygen and / or the mixing of the combustion exhaust gases with pure
Sauerstoff einstellen. Set oxygen.
Im Unterschied zu normalem Heißwind weist der hierbei erzeugte Heißwind Gehalte an C02 und Wasser als Produkte der Verbrennung auf . Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eineIn contrast to normal hot blast, the hot blast produced in this case has contents of CO 2 and water as products of the combustion. The invention is therefore the object of a
Heißwindlanze dahingend weiterzuentwickeln, dass Heißwind besonders effektiv, also unter möglichst geringen Further development of the hot wind lance, that hot wind is particularly effective, ie with as little as possible
Temperaturverlusten in ein Reaktionsgefäß, bspw einen Stahlkonverter eingebracht werden kann, und die Lanze besser an diese Einsatzumgebung angepasst ist. Temperature losses in a reaction vessel, for example, a steel converter can be introduced, and the lance better adapted to this environment of use.
Die gestellte Aufgabe wird bei einer Heißwindlanze der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruches 1 gelöst. The object is achieved in a hot blast lance of the generic type by the characterizing feature of claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Further advantageous embodiments are in the
abhängigen Ansprüchen 1 bis 13 angegeben. Eine entsprechende Verwendung einer solchen Lanze ist in Anspruch 14 angegeben. dependent claims 1 to 13 indicated. A corresponding use of such a lance is specified in claim 14.
Kern der Erfindung ist, dass der innere Mantel oder der innerste Mantel zumindest teilweise aus einem thermisch isolierenden weiteren Mantel, oder einem thermisch isolierenden Mantel besteht, oder mit einer thermisch isoliernden Schicht beschichtet ist. Damit wird die Heißwindlanze erheblich robuster und kann in Verfahren eingesetzt werden, bei denen die Reaktionsabläufe bspw beim Stahlerzeugungsprozess im Konverter ganz wesentlich durch die Anwendung von Heißwind beinflusst und optimiert werden. Durch die damit bewirkte Nachverbrennung und die Übertragung der hierbei freigesetzten Wärme auf das Schmelzbad wird die einsetzbare Schrottrate deutlich höher. The core of the invention is that the inner jacket or the innermost jacket at least partially consists of a thermally insulating additional jacket, or a thermally insulating jacket, or is coated with a thermally insulating layer. This makes the hot blast lance considerably more robust and can be used in processes in which the reaction processes, for example, in the steelmaking process in the converter, are significantly influenced and optimized by the application of hot blast. As a result of the resulting afterburning and the transfer of the heat released in this way to the molten bath, the usable scrap rate becomes significantly higher.
Die Heißluftnachverbrennung bedarf einer speziellen Vorrichtung zur Weiterleitung des Heißwinds aus der Heißwindquelle und zur Einleitung des Heißwinds in das Reaktionsgefäß, über eine entsprechende, hier The Heißluftnachverbrennung requires a special device for forwarding the hot blast from the hot blast source and for introducing the hot blast in the reaction vessel, via a corresponding, here
erfindungsgemäß ausgestaltete Heißwindlanze. Hot blast lance configured according to the invention.
Als Reaktionsgefäß kann ein Konverter verwendet werden, wie er aus der Stahlherstellung bekannt ist. As a reaction vessel, a converter can be used, as it is known from steel production.
Grundsätzlich lässt sich eine Nachverbrennung mit Heißwind auch in jedem anderen in der Metallurgie üblichen Reaktionsgefäß betreiben, wobei es unerheblich ist, ob die Wände des Gefäßes ganz, teilweise oder gar nicht mit Kühlwasser gekühlt werden. Basically, an afterburning can be done with Hot wind also operate in any other usual in metallurgy reaction vessel, it is irrelevant whether the walls of the vessel are completely, partially or not cooled with cooling water.
Im inneren eines metallurgischen Reaktionsgefäßes herrschen typischerweise Temperaturen von über 1 . 000 °C vor, wobei in der Gasphase auch Temperaturen von bis zu 2 . 000 °C erreicht werden können. Für einen dauerhaften Betrieb einer Einblaslanze im Bereich eines In the interior of a metallurgical reaction vessel, temperatures of more than 1 typically prevail. 000 ° C before, wherein in the gas phase, temperatures of up to 2. 000 ° C can be achieved. For permanent operation of an injection lance in the area of a
Reaktionsgefäßes, bspw. für metallurgische Reaktionen, oberhalb der flüssigen Badoberfläche ist es unabdingbar, die Einblaslanze, in diesem Fall also die Heißwindlanze intensiv mit Wasser zu kühlen. Die Wasserkühlung schützt die Heißwindlanze vor den im Oberraum des  Reaction vessel, eg. For metallurgical reactions, above the liquid bath surface, it is essential to cool the injection lance, in this case so the hot blast lance intensively with water. The water cooling protects the hot wind lance from the upper space of the
Reaktionsgefäßes vorherrschenden hohen Gastemperaturen. Die hohen Gastemperaturen gehen zu einem erheblichen Teil auf die im Reaktionsgefäß (bspw in einem Stahlkonverter) ablaufenden und ggfs . die Einblaslanze unterhaltenen idR exothermen Reaktionen zurück. Als solches sind  Reaction vessel prevailing high gas temperatures. The high gas temperatures go to a considerable extent on the running in the reaction vessel (eg in a steel converter) and possibly. the injection lance usually maintain exothermic reactions. As such are
wassergekühlte Lanzen an sich bekannt. water-cooled lances known per se.
Bei einer Lanze in Rohr-Steg-Rohr Bauweise ist der wassergekühlte Mantel aus nebeneinander liegenden, In a lance in pipe-web-tube construction, the water-cooled jacket of juxtaposed,
Kühlwasser führenden Rohren aufgebaut, die untereinander mit schmalen, massiven Stegen verbunden sind. In der Regel werden je zwei nebeneinander liegende Rohre an einem Ende mit einem Krümmer verbunden, wobei die beiden anderen Enden jeweils mit einem Vorlauf- und einem Cooling water leading tubes constructed, which are interconnected with narrow, solid webs. In general, two adjacent tubes are connected at one end to a manifold, the other two ends each with a flow and a
RücklaufSammler verbunden sind. Als Sonderfall dieser Ausführungsform ist eine Rohr-an-Rohr Bauweise Return collectors are connected. As a special case of this embodiment is a pipe-on-pipe construction
eingeführt, bei der die Rohre ohne Steg direkt introduced, in which the pipes without web directly
miteinander verschweißt werden. Bei einer Ausführung der Lanze in Rohr-in Rohr Bauweise, werden drei Rohre mit immer geringer werdendem be welded together. In one embodiment of the lance in pipe-in-pipe design, three pipes are becoming ever smaller
Durchmesser konzentrisch zueinander angeordnet. Hierdurch entsteht zwischen dem äußeren und den mittleren Rohr, sowie zwischen dem mittleren und dem inneren Rohr jeweils ein konzentrischer Zwischenraum. Verbindet man am einen Ende der Lanze das äußere mit dem inneren Rohr und verkürzt das mittlere Rohr, so entsteht eine Geometrie, bei der die beiden Zwischenräume als Vor- und Rücklauf für das Lanzenkühlwasser benutzt werden können. Um auch bei großer Lanzenlänge eine konzentrische Positionierung der drei ineinander verlaufenden Rohre zu gewährleisten, werden zwischen den Rohren Abstandshalter eingebracht. Oft sind diese Abstandhalter als in Längsrichtung auf dem jeweils dünneren Rohr aufgeschweißte schmale Stege ausgeführt . Diameter concentric with each other. This creates between the outer and the middle tube, as well as between the middle and the inner tube each have a concentric space. If one connects the outer and the inner pipe at one end of the lance and shortens the middle pipe, the result is a geometry in which the two interspaces can be used as supply and return for the lance cooling water. In order to ensure a concentric positioning of the three tubes running into each other even with a large lance length, spacers are introduced between the tubes. Often these spacers are designed as welded in the longitudinal direction on the respective thinner pipe narrow webs.
Wesentliches Auslegungsmerkmal einer effizienten Essential interpretive feature of an efficient
Wasserkühlung ist ein möglichst hoher Wärmeübertritt von der heißen Umgebungsatmosphäre im Reaktionsgefäß in das Kühlwasser hinein. Nur so ist ein gleichbleibend Water cooling is the highest possible heat transfer from the hot ambient atmosphere in the reaction vessel into the cooling water. Only so is a consistent
ausreichend niedriges Temperaturniveau an der sufficiently low temperature level at the
Materialoberfläche des wassergekühlten Bauteils sicher gestellt. Zur Gewährleistung dieser Eigenschaften werden Wasserkühlungen so ausgelegt, dass sie vom Kühlwasser mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 m/s (1 bis 3 m/s) durchströmt werden. Material surface of the water-cooled component ensured. To ensure these properties, water cooling systems are designed so that they flow through the cooling water at a flow rate of 2 m / s (1 to 3 m / s).
Bei der hier vorliegenden technischen Aufgabe der Weiterund Einleitung von Heißwind in ein Reaktionsgefäß findet in Bezug auf Schutz eines Wärmezutritts die beschriebene wassergekühlte Vorrichtung Anwendung. In the present technical task of continuing and introducing hot blast into a reaction vessel, the described water-cooled device is used with regard to protection of heat entry.
Eine Besonderheit liegt nun darin, dass es sich bei Heißwind nicht um ein kaltes sondern ein typischerweise 1200 °C heißes Medium handelt. Weiterhin handelt es sich bei dem mit Heißwind betriebenen Prozess nicht immer um einen kontinuierlich ablaufenden Prozess, sondern insbesondere beim Konverterverfahren um einen A special feature lies in the fact that hot wind is not a cold but a typical one 1200 ° C hot medium is. Furthermore, the hot-blast process is not always a continuous process, but is one in particular in the converter process
Chargenprozess . Entsprechend werden die hierfür Batch process. Accordingly, this will be
vorgesehenen Anlagenteile immer phasenweise mit Heißwind beaufschlagt, wodurch die Anlagenteile in den provided system parts always phased with hot blast, whereby the system parts in the
Prozesspausen regelmäßig auskühlen. Es ergibt sich ein ungleichmäßiges Lastprofil, welches zu einer erheblichen Temperaturwechselbeanspruchung (TWB) der beaufschlagten Anlagenteile führt. Hieraus ergibt sich auf der Cool process breaks regularly. The result is an uneven load profile, which leads to a significant thermal cycling (TWB) of the applied equipment parts. This results in the
medienzugewandten Seite der Heißwindlanze ein besonderes Anforderungsprofil. Dies ist mit der vorliegenden media-facing side of the hot blast lance a special requirement profile. This is with the present
Erfindung berücksichtigt. Die WerkstoffOberfläche des von Heißwind durchströmten innersten der drei Rohre ist hoher thermischer, Considered invention. The material surface of the innermost of the three tubes, through which hot air flows, is high thermal,
oxidativer sowie abrasiver Belastung ausgesetzt. Zum Schutz der dem Heißwind zugewandten Seite kann diese durch eine geeignete Beschichtung gegen die genannten Belastungen geschützt werden. Im Hinblick auf die erhebliche thermische Belastung wird man im Allgemeinen nur mit dünnen (< 10 um) Schichten arbeiten können, da dickere Schichten aufgrund der im Vergleich zum exposed to oxidative and abrasive stress. To protect the side facing the hot wind, this can be protected by a suitable coating against the aforementioned loads. In view of the considerable thermal load, it will generally be possible to work only with thin (<10 μm) layers, because thicker layers are due to the fact that, in comparison to the
Grundmaterial unterschiedlichen thermischen Ausdehnung zur Versprödung und Abplatzung neigen. Als Schichtsysteme kommen keramische Schichten, Überfangsschichten oder Auftragsschichten in Betracht, die sich mit den gängigen Auftragsverfahren, chemische Abscheidung aus der Gasoder Dampfphase, thermisches Spritzen, Auftragsschweißen oder Auftrag von SolGel Systemen applizieren lassen, wobei die Schichten ggfs. noch durch einen thermischen Schritt (durch Aushärten, Eindiffundieren, Vernetzen, etc.) in ihrer Funktionsfähigkeit verbessert werden können. Base material different thermal expansion tend to embrittlement and spalling. Suitable layer systems are ceramic layers, overlay layers or application layers which can be applied using the customary application methods, chemical vapor deposition, thermal spraying, build-up welding or application of SolGel systems, the layers possibly being replaced by a thermal step (by Curing, diffusion, crosslinking, etc.) can be improved in their functionality.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch den wassergekühlten Aufbau der Lanze ausreichend hohe Standzeiten beim It has been shown that by the water-cooled construction of the lance sufficiently long service life
Betrieb in Hochtemperatur Reaktionsgefäßen erreichen lassen. Überraschenderweise hat sich aber auch gezeigt, dass durch die Wasserkühlung auch ein erheblicher Allow operation in high-temperature reaction vessels. Surprisingly, it has also been shown that by the water cooling also a considerable
Wärmaustrag aus dem Heißwindstrom in die wassergekühlte Wand der Heißwindlanze erfolgt. Dieser Effekt wird insbesondere dadurch verstärkt, dass im Hinblick auf noch baulich handhabbare äußere Abmessungen die Lanze so ausgelegt werden muss, dass der Heißwind notgedrungen mit Geschwindigkeiten von 100 bis 300 m/s, vorzugsweise 150 m/s durch die Lanze strömt. Mit steigender Heat is discharged from the hot blast stream into the water-cooled wall of the hot blast lance. This effect is in particular reinforced by the fact that with regard to still structurally manageable external dimensions, the lance must be designed so that the hot wind inevitably flows through the lance at speeds of 100 to 300 m / s, preferably 150 m / s. With rising
Geschwindigkeit erhöht sich aber auch der Wärmeaustrag aus dem Heißwindstrom in dem Heißwindstrom zugewandte Wandung des innersten Lanzenrohrs . Speed also increases the heat output from the hot blast stream in the hot blast stream facing wall of the innermost lance tube.
Dem wird entgegengewirkt durch die erfindungsgemäße Bauform. Die weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen stützen daher die obigen Ausführungen in erfindungsgemäßer Weise. This is counteracted by the design according to the invention. The further advantageous embodiments therefore support the above statements in accordance with the invention.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der innere Mantel oder der innerste Mantel zumindest auf der Innenseite mit einer Schutzschicht bzw In a further advantageous embodiment, it is stated that the inner shell or the innermost shell, at least on the inside with a protective layer or
Beschichtung versehen ist. Coating is provided.
Zumindest auf der Innenseite des inneren Mantels weist die Lanze vorteilhaft noch eine gute Beständigkeit gegen Abrasion sowie auch gegen Korrosion auf. Dies ist insofern von Bedeutung, als die Strömungsgeschwindigkeit von Heißluft wegen der geringeren Dichte der Heißluft gegenüber Luft unter Normalbedingungen deutlich größer ist. Die mechanische Belastung des Innenmantels der Lanze aufgrund der Strömung der Heißluft ist dadurch größer als dies bei einer Sauerstofflanze der Fall ist, bei der der Sauerstoff im Wesentlichen in kaltem Zustand und in der Regel unter hohem Druck durch die Lanze gefördert wird. At least on the inside of the inner shell, the lance advantageously still has a good resistance to abrasion and corrosion. This is important insofar as the flow rate of hot air because of the lower density of the hot air compared to air under normal conditions is significantly larger. The mechanical load of the inner shell of the lance due to the flow of hot air is thereby greater than is the case with an oxygen lance, in which the oxygen is conveyed substantially in a cold state and usually under high pressure through the lance.
Durch die thermisch isolierende Wirkung des Materials lässt sich vorteilhaft umsetzen, dass der äußere Mantel gegenüber den hohen Umgebungstemperaturen im Due to the thermally insulating effect of the material can be advantageous to implement that the outer jacket against the high ambient temperatures in
Konverterbetrieb gekühlt wird. Dennoch lässt sich damit erreichen, dass die Heißluft, die durch den inneren  Converter operation is cooled. Nevertheless, it can be achieved that the hot air, by the inner
Mantel strömt, allenfalls in geringem Maße gekühlt wird. Dies hat sich als wichtig erwiesen, um die Heißluft mit einer möglichst hohen Temperatur in den Konverter einbringen zu können. Sheath flows, if necessary cooled to a small extent. This has proven to be important in order to bring the hot air with the highest possible temperature in the converter can.
Bei dieser Ausgestaltung erweist es sich weiterhin als vorteilhaft, dass der von Wasser durchströmte Kühlkanal durch zwei Wände von dem Innenrohr der Lanze getrennt ist, durch das die Heißluft strömt. Durch die strömende Heißluft wird das Innenrohr mechanisch, thermisch und chemisch vergleichsweise stark beansprucht. Dies kann dazu führen, dass eventuell Risse im Mantel des In this embodiment, it also proves to be advantageous that the cooling channel through which water flows is separated by two walls from the inner tube of the lance, through which the hot air flows. Due to the flowing hot air, the inner tube is mechanically, thermally and chemically stressed comparatively strong. This may cause cracks in the mantle of the jacket
Innenrohres auftreten. Durch die beschriebene Inner tube occur. By the described
Ausführungs form mit dem Zwischenmantel wird dann Execution form with the intermediate coat is then
vorteilhaft erreicht, dass bei einer Beschädigung des Innenrohres durch die strömende Heißluft nicht sofort Kühlflüssigkeit in das Innere der Lanze gelangen kann und von dort mit der strömenden Heißluft in den Konverter gefördert wird. Bei der beschriebenen Ausgestaltung gelangt dann lediglich Heißluft in den Bereich zwischen dem inneren Mantel und dem Zwischenmantel . Da die Heißluft dort nicht weiter strömen kann mit der achieved advantageous that in case of damage to the inner tube by the flowing hot air not immediately coolant can reach the interior of the lance and is promoted from there with the flowing hot air into the converter. In the described embodiment, only hot air then passes into the region between the inner jacket and the intermediate jacket. Because the Hot air there can not continue to flow with the
vergleichsweise großen Strömungsgeschwindigkeit, wird der Zwischenmantel dann auch nicht mehr mechanisch belastet. Weiterhin ist ausgestaltet, dass der innere Mantel oder der innerste Mantel aus mehreren Schichten besteht, und dass zumindest die innerste dieser Schichten, nämlich Schicht aus einem abrasions- und/oder comparatively large flow velocity, the intermediate coat is then no longer mechanically stressed. Furthermore, it is configured that the inner shell or the innermost shell consists of several layers, and that at least the innermost of these layers, namely layer of abrasions- and / or
korrosionsbeständigen Werkstoff besteht. corrosion-resistant material.
Weiterhin ist ausgestaltet, dass der innere Mantel oder der innerste Mantel aus einem keramischen Werkstoff besteht oder mit demselben beschichtet ist. Furthermore, it is configured that the inner shell or the innermost shell consists of a ceramic material or is coated with the same.
Keramische Werkstoffe erfüllen auf vorteilhafte Weise die oben ausgeführten Anforderungen. Ceramic materials advantageously meet the requirements outlined above.
Daher ist vorteilhaft vorgesehen, dass das abrasions- und/oder korrosionsbeständige Material bzw der keramische Werkstoff an der an dem inneren oder innersten Mantel anhaftenden Seite mit einem temperaturbeständigen Therefore, it is advantageously provided that the abrasion and / or corrosion-resistant material or the ceramic material on the adhering to the inner or innermost shell side with a temperature-resistant
Haftvermittler oder Liner versehen ist. Adhesive or liner is provided.
Dabei ist der Haftvermittler oder Liner derart elastisch, dass er den Unterschied des Ausdehnungskoeffizienten des inneren oder innersten Mantels zum abrasions- und/oder korrosionsbeständigen Material bzw zum keramischen In this case, the bonding agent or liner is so elastic that it is the difference of the expansion coefficient of the inner or innermost shell to the abrasion and / or corrosion resistant material or ceramic
Werkstoff ausgleicht. Material compensates.
Eine besondere spezifische Ausgestaltung ist, dass das abrasions- und/oder korrosionsbeständige Material bzw der keramische Werkstoff aus einem Schichtsystem besteht, bei welchem die zum vom Heißwind beströmten Oberfläche aus einem dichten keramischen Werkstoff und die vom Heißwind abgewandte Oberfläche aus einem Keramikschaumwerkstoff besteht. Der Keramikschaumwerkstoff weist dabei eine höhere Elastizität auf, als der massiv ausgeführte A particular specific embodiment is that the abrasion- and / or corrosion-resistant material or the ceramic material consists of a layer system in which the surface to which the hot wind flows consists of a dense ceramic material and the surface remote from the hot wind consists of a ceramic foam material. The ceramic foam material has a higher elasticity than the massively executed
Keramikwerkstoff . Ceramic material.
Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass die It proves to be advantageous that the
Beschichtung vergleichsweise dünn ist. Damit lässt sich das Gewicht der Lanze in Grenzen halten. Dies erweist sich insofern als vorteilhaft, weil die Lanze im Coating is comparatively thin. This makes it possible to keep the weight of the lance within limits. This proves to be advantageous because the lance in
laufenden Betrieb gegenüber dem Konverter in vertikaler Richtung bewegt werden muss. Eine geringe Schichtdicke erweist sich auch als vorteilhaft wegen der thermischen Wechselbeanspruchung der Heißluftlanze im current operation relative to the converter in the vertical direction must be moved. A small layer thickness also proves to be advantageous because of the thermal cycling of the hot air lance in the
Konverterbetrieb. Diese Wechselbeanspruchung liegt daran, dass vor dem Abstich des Konverters die Lanze Converter operation. This alternating stress is due to the fact that before the tapping of the converter, the lance
herausgefahren wird. Damit wird die Förderung von is driven out. This will be the promotion of
Heißluft durch die Lanze beendet. Die Lanze kühlt dann ab, bis beim nächsten Konverterbetrieb wieder Heißluft durch die Lanze gefördert wird. Die Lanze wird dabei wieder entsprechend erwärmt . Hot air ended by the lance. The lance then cools until hot air is conveyed through the lance at the next converter operation. The lance is heated again accordingly.
Ein geeignetes Material für eine Beschichtung kann beispielsweise aus A1203, Sic, SiSiC oder einem Super- Alloy bestehen. Dieses Material kann beispielsweise aufgebracht werden durch Sputtern, elektrochemische oder elektrolytische Beschichtung, Flammspritzen, Anstrich vergleichbar einer Farbe oder auch durch Aufbringen einer Suspension, bei der die Flüssigkeit verdunstet und die Festkörperpartikel flächig die äußere bzw. innere A suitable material for a coating may for example consist of A1 2 0 3 , Sic, SiSiC or a super-Alloy. This material can be applied for example by sputtering, electrochemical or electrolytic coating, flame spraying, paint comparable to a color or by applying a suspension in which the liquid evaporates and the solid particles surface the outer or inner
Oberfläche des inneren Mantels der Lanze bedecken. Cover surface of inner lance of the lance.
Dabei hat sich gezeigt, dass dieses keramische Material gute thermische Isolationseigenschaften (d.h. eine geringe Wärmeleitfähigkeit) aufweist. Das Material ist auch ausreichend mechanisch stabil (insbesondere It has been found that this ceramic material has good thermal insulation properties (i.e., low thermal conductivity). The material is also sufficiently mechanically stable (in particular
gegenüber Abrasion) und hat eine ausreichende Schockfestigkeit gegenüber den auftretenden Temperaturschwankungen . against abrasion) and has a sufficient Shock resistance to the occurring temperature fluctuations.
Es ist dabei zu beachten, dass der Betrieb It should be noted that the operation
intermittierend ist. Das bedeutet, dass nicht is intermittent. That does not mean that
kontinuierlich Heißluft durch den inneren Mantel continuously hot air through the inner jacket
gefördert wird. Wenn der Konverter entleert wird und nach dem Entleeren vorbereitet wird, für den nächsten is encouraged. If the converter is emptied and prepared after emptying, for the next
Erschmelzungsprozess , beispielsweise durch Entfernen von Schlacke aus dem Konverter, Erneuern bzw. Ausbessern der Feuerfestauskleidung des Stahlkonverters. Es wird während dieser Zeit die Heißwindquelle in Form eines Pebble Heaters wieder befeuert, um Wärme zu speichern für die Erzeugung von Heißluft für den nächsten Melting process, for example by removing slag from the converter, renewing or repairing the refractory lining of the steel converter. During this time, the hot wind source in the form of a pebble heater is re-fired to store heat for the production of hot air for the next
Erschmelzungsprozess . Während dieser Zeit wird keineMelting process. During this time will be no
Heißluft durch die Lanze gefördert, so dass der innere Mantel der Lanze abkühlt. Mit Beginn des nächsten Conveying hot air through the lance so that the inner jacket of the lance cools. With the beginning of the next
Erschmelzungsprozesses wird wiederum Heißluft durch den inneren Mantel der Lanze gefördert, so dass der innere Mantel dann wieder entsprechend hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Fusion process is in turn promoted hot air through the inner shell of the lance, so that the inner jacket is then exposed to correspondingly high temperatures.
Zur integrierten Kühlmittel führung ist angegeben, dass zwischen dem inneren Mantel und dem äußeren Mantel ein wenigstens ein Zwischenmantel oder Zwischenraum For integrated coolant guide is indicated that between the inner shell and the outer shell, at least one intermediate jacket or gap
angeordnet ist, und mit Kühlmittel durchflössen ist. is arranged, and is flowed through with coolant.
Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn der Raum zwischen dem äußeren Mantel und dem inneren Mantel evakuiert ist. But it may also be advantageous if the space between the outer jacket and the inner jacket is evacuated.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass zwischen dem äußeren Mantel und dem innersten Mantel ein Temperierungskanal angeordnet ist, welcher im Blasbetrieb des Heißwindes ebenfalls mit Heißwind durchströmbar ist. In a further advantageous embodiment, it is stated that a Temperierungskanal is disposed between the outer shell and the innermost shell, which in Blasbetrieb the hot blast is also flowed through with hot blast.
Dabei kann es möglich sein, dass der innere Mantel auch auf seiner Außenseite durch die im Temperierungskanal strömende Heißluft auf einer hohen Temperatur gehalten wird. Die Heißluft, die durch den inneren Mantel It may be possible for the inner jacket to be kept at a high temperature on its outside as well, due to the hot air flowing in the tempering channel. The hot air passing through the inner mantle
durchströmt, wird dabei weitgehend ohne Abkühlung mit einer hohen Temperatur in den Konverter eingebracht . flows through, is introduced largely without cooling at a high temperature in the converter.
Die Heißluft, die durch den Temperierungskanal strömt, wird bei dieser Ausgestaltung in gewissem Maße abgekühlt. The hot air, which flows through the Temperierungskanal is cooled in this embodiment to some extent.
Diese durch den Temperierungskanal geströmte Heißluft kann über diffus verteilende Auslassdüsen an der This hot air, which has flowed through the tempering channel, can be distributed via diffusely distributing outlet nozzles on the
Austrittsseite der Lanze in den Raum des Konverters oberhalb des Stahlbades eingebracht werden. Dabei muss durch die Ausgestaltung der Düsen vermieden werden, dass diese durch den Temperierungskanal geströmte Heißluft mit der Heißluft vermischt wird, die durch den inneren Mantel durchgefördert wurde. Ein Mischen dieser beiden  Outlet side of the lance are placed in the space of the converter above the steel bath. In this case, it must be avoided by the design of the nozzles that this hot air, which has flowed through the tempering channel, is mixed with the hot air which has been conveyed through the inner shell. A mix of these two
Heißluftanteile würde dann im Ergebnis doch eine Hot air then would result in a
Erniedrigung der Heißlufttemperatur für den Prozess bedeuten. Means lowering the hot air temperature for the process.
Alternativ zur Einbringung der durch den Alternatively to the introduction of the by the
Temperierungskanal geströmten Heißluft in den Gasraum des Konverters ist es auch möglich, den Temperierungskanal so auszugestalten, dass die Heißluft in dem  Temperierungskanal streamed hot air into the gas space of the converter, it is also possible to design the Temperierungskanal so that the hot air in the
Temperierungskanal in einem Kreislauf vom oberen Ende (Eintrittsende der Heißluft in die Lanze) zum unteren Ende (Lanzenkopf, Austrittsende der Heißluft aus der Lanze in den Konverter) strömt und von dort in dem Temperierungskanal in a circuit from the upper end (inlet end of the hot air into the lance) to the lower end (lance head, exit end of the hot air from the lance into the converter) flows and from there in the
Temperierungskanal wieder zurückgeführt wird, in Richtung des oberen Endes der Lanze. Von dort kann die Heißluft dann aus der Lanze herausgeführt und an die Umgebung abgegeben werden. Dazu wird diese aus dem Temperierungskanal is returned, in the direction the upper end of the lance. From there, the hot air can then be led out of the lance and released to the environment. This is from the
Temperierungskanal ausströmende Heißluft vorteilhaft aus der Halle des Werkes herausgeführt. In den Konverter wird dann nur die Heißluft eingebracht, die durch den inneren Mantel der Lanze durchgefördert wurde. Temperierungskanal outflowing hot air advantageously led out of the hall of the factory. In the converter then only the hot air is introduced, which was conveyed through the inner shell of the lance.
Gerade bei dieser Ausgestaltung der Lanze wird es vorteilhaft auch möglich, bereits vor dem eigentlichen Erschmelzungsprozess in dem Konverter einen Especially in this embodiment of the lance, it is advantageously also possible, even before the actual melting process in the converter
Aufwärmbetrieb der Leitungen zu realisieren, durch die die Heißluft beim Erschmelzungsprozess gefördert werden soll. Wenn der Pebble-Heater bereits aufgeheizt ist, wird dann vor dem eigentlichen Erschmelzungsprozess bereits Heißluft durch die Zuführleitung der Heißluft aus dem Pebble-Heater zur Lanze gefördert. Dabei ist vorteilhaft, dass der Bereich durch einen Schieber absperrbar ist, bei dem im Erschmelzungsprozess die Heißluft durch den inneren Mantel der Lanze in den Konverter eingebracht wird. In diesem Aufwärmbetrieb wird die Heißluft dann durch den Temperierungskanal gefördert und anschließend abgeführt. Dadurch werden vorteilhaft die Leitungen vorgewärmt, durch die im Erschmelzungsprozess die Warm-up operation of the lines to realize, through which the hot air is to be promoted during the melting process. If the pebble heater is already heated, hot air is then conveyed from the pebble heater to the lance through the supply line of the hot air before the actual melting process. It is advantageous that the area can be shut off by a slide, in which the hot air is introduced through the inner shell of the lance in the converter in the melting process. In this Aufwärmbetrieb the hot air is then conveyed through the Temperierungskanal and then discharged. As a result, the lines are preheated by the advantageous in the melting process
Heißluft dem Konverter zugeführt wird. Dadurch wird vorteilhaft vermieden, dass gerade zu Beginn des Hot air is supplied to the converter. This advantageously prevents just at the beginning of the
Erschmelzungsprozesses die Temperatur der Heißluft abgekühlt wird, weil die Heißluft in dieser Phase zunächst wieder Wärme an die Leitungen abgibt. Melting process, the temperature of the hot air is cooled, because the hot air in this phase initially emits heat back to the lines.
Von Vorteil ist es auch, wenn der innerste Mantel in der Heißwindlanze schwimmend gelagert ist. It is also advantageous if the innermost shell is floatingly mounted in the hot blast lance.
Dies erweist sich als vorteilhaft, weil dadurch ein Wärmeaustausch zwischen dem inneren Mantel und dem äußeren Mantel bzw. dem Zwischenmantel durch mechanische Befestigung und Kontaktierung vermieden wird. Ebenso wird dadurch erreicht, dass die mechanischen Spannungen innerhalb der Lanze reduziert werden. Durch den This proves to be advantageous because a heat exchange between the inner shell and the outer jacket or the intermediate jacket is avoided by mechanical fastening and contacting. Likewise, this achieves that the mechanical stresses within the lance are reduced. By the
intermittierenden Betrieb, bei dem in Zeitspannen desintermittent operation, in which periods of the
Konverterbetriebs Heißluft durch die Lanze gefördert wird und in Phasen der Vorbereitung des nächsten Conversion operation hot air is conveyed through the lance and in stages of preparation of the next
Konverterbetriebs keine Heißluft durch die Lanze Converter operation no hot air through the lance
gefördert wird, unterliegt vor allen Dingen der innere Mantel der Lanze starken Temperaturschwankungen. Durch die Kühlung treten an dem äußeren Mantel nur is promoted, above all, the inner jacket of the lance is subject to strong temperature fluctuations. By cooling occur on the outer jacket only
vergleichsweise geringe Temperaturschwankungen auf. comparatively low temperature fluctuations.
Im Hinblick auf die mechanischen Spannungen ist es daher vorteilhaft, wenn der innere Mantel schwimmend in der Lanze gelagert ist. Die Längenänderungen infolge der Temperaturänderungen führen dann nur zu einer geringeren mechanischen Belastung der Lanze, weil durch die With regard to the mechanical stresses, it is therefore advantageous if the inner jacket is floatingly mounted in the lance. The length changes due to the temperature changes then only lead to a lower mechanical load of the lance, because of the
schwimmende Lagerung die Längenänderung des inneren Mantels weitgehend unabhängig von der Längenänderung des äußeren Mantels erfolgen kann. floating storage the change in length of the inner shell can be made largely independent of the change in length of the outer shell.
Um die hohen thermischen Längenausdehnungen bei den besagten hohen Temperaturen schadlos zuzulassen, ist weiter ausgestaltet, dass zumindest der innere oder der innerste Mantel entlang seiner Längsrichtung aus mehreren Teilstücken oder Muffen besteht, welche an den In order to allow the high thermal length expansions at said high temperatures without damage, it is further configured that at least the inner or the innermost shell along its longitudinal direction consists of several sections or sleeves, which at the
Berührungsstellen der einzelnen Teilstücke oder Muffen teilüberlappend ausgestaltet sind. Touch points of the individual sections or sleeves are designed partially overlapping.
Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn in It proves to be advantageous if in
Strömungsrichtung der Heißluft das hintere Ende eines Teilstücks aufgeweitet ist zur Aufnahme des Endes des in Strömungsrichtung der Heißluft davor liegenden Flow direction of the hot air, the rear end of a section is widened to accommodate the end of the direction of flow of the hot air before it
Teilstückes dient. Durch diese Art der Verbindung der Teilstücke können die Längenänderungen bei den Temperaturschwankungen des inneren Mantels besser aufgenommen werden. Part serves. By this type of connection of the sections, the changes in length in the temperature fluctuations of the inner shell can be better absorbed.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, wenn der schwimmend gelagtere innerste Mantel der Heißwindlanze gegenüber dem wassergekühlten Mantelbereich mit einer Dämmschicht wie bspw Steinwolle versehen ist. An embodiment is particularly advantageous when the floating inner shell of the hot blast lance is provided with an insulating layer, such as rock wool, in relation to the water-cooled jacket area.
Grund dafür ist, dass der Wärmeübertrag durch Reason is that the heat transfer through
TemperaturStrahlung aus dem innersten Mantel in den wassergekühlen Mantel insbesondere im Temperaturbereich oberhalb 800°C besonders effektiv behindert wird. Noch etwas weiter ausführen. Dem Grunde nach genügt sogar eine Temperaturabstrahlungsbehinderung in Form einer dünnen Schicht als eine Art Strahlungschirmung damit die Abfuhr von Energie aus dem Heißwind ins Kühlwasser starker unterbunden wird. Temperature radiation from the innermost shell in the water-cooled shell, especially in the temperature range above 800 ° C is particularly effectively hindered. Carry on a little further. Basically enough even a temperature radiation obstruction in the form of a thin layer as a kind of radiation shield so that the removal of energy from the hot wind into the cooling water is stronger prevented.
Weiterhin ist in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, dass die direkt mit dem Heißwind in strömender Verbindung stehende innerste Oberfläche oder Beschichtungsoberfläche StrömungswiderStands- und/oder haftungsreduziert Furthermore, in an advantageous embodiment, it is provided that the innermost surface or coating surface, which is in direct contact with the hot blast, reduces flow resistance and / or adhesion
strukturiert oder mikrostrukturiert ist. is structured or microstructured.
Es ist eine Verwendung einer Heißwindlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , zum Einblasen von Heißwind oberhalb eines Stahbades und/oder eines Schrotthaufens, und/oder eines Haufwerkes in einem Stahlkonverter, vorgesehen. It is a use of a hot blast lance according to one of claims 1 to 13, for blowing hot blast above a steel bath and / or a scrap heap, and / or a heap in a steel converter provided.
Die weiter oben beschriebene thermische Isolierung erweist sich gerade bei einem Prozess als vorteilhaft, bei dem bei der Erschmelzung Heißluft in den Konverter eingebracht wird. Bei dem verbreiteten Einbringen von reinem Sauerstoff bei der Erschmelzung von Stahl zum Frischen kommt es prozessbedingt nicht auf die Temperatur des Sauerstoffs an. Demgegenüber erweist sich die The thermal insulation described above proves to be particularly advantageous in a process in which hot air is introduced into the converter during the melting process. In the widespread introduction of Pure oxygen in the melting of steel for refining does not depend on the temperature of the oxygen due to the process. In contrast, proves the
Anwendung einer der vorgenannten Ausgestaltungen einer Lanze aber gerade bei dem Einbringen von Heißluft in den Konverter als vorteilhaft. Application of one of the aforementioned embodiments of a lance but just in the introduction of hot air in the converter as advantageous.
Gegebenenfalls kann es bei einer Lanze nach den Optionally, it can be at a lance after the
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen noch sinnvoll sein, die Innenfläche des inneren Mantels mit einem Oberflächenprofil zu versehen, um damit das The above-described embodiments still be useful to provide the inner surface of the inner shell with a surface profile, so that the
Strömungsprofil zu verbessern. Dieses Oberflächenprofil kann beispielsweise nach Art einer Haifischhaut ausgelegt sein. Dieses Oberflächenprofil kann durch eine To improve flow profile. This surface profile can be designed, for example, in the manner of a sharkskin. This surface profile can be replaced by a
entsprechende Bearbeitung der Oberfläche hergestellt werden oder auch durch eine entsprechende Beschichtung. appropriate processing of the surface can be produced or by an appropriate coating.
Die Erfindung ist in einem Ausgestaltungsbeispiel dargestellt und nachfolgend kurz beschrieben The invention is illustrated in an embodiment example and briefly described below
Figur 1 zeigt eine Heißwindquelle als sogenannten Pebble Heater 30. Der Pebble Heater ist eine spezielle Art eines Regenerators . Hier wird Kaltwind durch einen zuvor mit Brennergasfeuerung aufgeheizten Besatz aus Schüttgut geleitet, und als aufgeheizter Heißwind abgezogen. Figure 1 shows a hot blast source as a so-called Pebble Heater 30. The Pebble Heater is a special type of regenerator. Here, cold wind is passed through a previously heated with burner gas firing stocking of bulk material, and withdrawn as a heated hot blast.
Der Heißwindaustritt des Pebble Heater 30 oder The hot air outlet of the Pebble Heater 30 or
Regenerators mündet in eine hier nicht weiter Regenerator does not lead into one here
dargestellte Heißwindleitung, die mit der Heiwindlanze verbunden ist bzw in Aufblas-Betriebsposition mit der Heißwindleitung verbunden ist. shown hot blast line, which is connected to the Heiwindlanze or is connected in the inflating operating position with the hot blast line.
Da der Konverterbetrieb ein Chargenbetrieb ist, muss der Heißwind nur für die Zeit der betriebenen Charge zur Verfügung stehen. Zwischen den Chargen wird dann der Brenner im Pebble Heater betrieben, und dieser heizt den Besatz aus Schüttgutt in dieser Zeit wieder auf, bis wieder durch Kaltwindzuführung in den Pebble Heater für die nächste Konvertercharge Heißwind erzeugt wird. Since the converter operation is a batch operation, the hot blast only for the time of the batch operated To be available. Between the batches, the burner is then operated in the Pebble Heater, and this heats up the stocking of bulk material in this time again until hot wind is generated again by cold wind supply in the Pebble Heater for the next converter batch.
Figur 2 zeigt die Heißwindlanze 10 in Betriebsposition, in welcher sie in einen Konverter 20 eingefahren ist. Im Konverterbetrieb werden zusätzlich über die Bodendüsen die oben im Text ausgeführten Komponenten zugegeben und auch Sauerstoff bodenseitig eingeblasen. Dabei gibt diese Darstellung die oben bereits gemachten Ausführungen wieder. Figure 2 shows the hot blast lance 10 in the operating position in which it is retracted into a converter 20. In converter operation, the components listed above in the text are additionally added via the bottom nozzles and also oxygen is blown in on the bottom side. This presentation is the above already made statements again.
Der Prozess läuft dabei in der oben bereits beschriebenen Weise ab.  The process runs in the manner already described above.
Figur 3 zeigt nunmehr die in Figur 2 dargestellte FIG. 3 now shows that shown in FIG
Heißwindlanze 10 in ihrem erfindungsgemäßen Hot blast lance 10 in her invention
Schichtaufbau . Layer structure.
Das innerste Rohr stellt dabei in der Regel das The innermost tube is usually the
sogenannte eigentliche Blasrohr dar. Figur 3 zeigt dabei lediglich eine Seite eines kurzen Abschnittes eine so-called actual blowgun dar. Figure 3 shows only one side of a short section a
Längsschnittes durch die Heißwindlanze. Die gestrichelte Linie stellt die Mittelachse der Heißwindlanze dar. Die Wandung der Heißwindlanze 10 ist hier der Einfachheit halber nur auf einer Seite der Mittelachse dargestellt. Dennoch wird die Schicht- oder Mantelfolge von außen nach innen klar. Der Aussenmantel 1 bildet hier zusammen mit dem inneren Mantel 2 einen Verbund mit einem Zwischenraum 3. Der Zwischraum 3 wird dabei als Kühlmantel ausgestaltet, welcher von einem Kühlmittel durchströmt wird. Dieser innere Mantel 2 kann dabei mit einer dünnen Schicht 41 beschichtet sein, die als Übergangsschicht zu einem weiteren inneren Mantel 42 dient. Dieser Mantel 42 kann dabei schon ein keramisches Rohr, oder ein keramisch beschichtetes Rohr sein. Das innerste Rohr bzw der innerste Mantel 45 kann als schwimmendes Rohr vorgesehen sein, und zumindest an der innersten Oberfläche wiederum mit einer korrosions- und/oder abrasionsbeständigen Schicht 46 versehen sein. Longitudinal section through the hot blast lance. The dashed line represents the central axis of the hot blast lance. The wall of the hot blast lance 10 is shown here for simplicity only on one side of the central axis. Nevertheless, the layer or sheath sequence becomes clear from outside to inside. The outer shell 1 forms here together with the inner shell 2 a composite with a gap 3. The intermediate space 3 is designed as a cooling jacket, which is flowed through by a coolant. This inner shell 2 can be coated with a thin layer 41, which serves as a transition layer to a another inner jacket 42 is used. This jacket 42 may already be a ceramic tube, or a ceramic coated tube. The innermost tube or the innermost jacket 45 may be provided as a floating tube, and at least on the innermost surface in turn be provided with a corrosion and / or abrasion resistant layer 46.
Der sich zwischen dem innersten schwimmend gelagerten Mantel oder Rohr 45 gegebene Zwischenraum 5 kann dabei auch mit Steinwolle, oder anderen thermisch gut  The given between the innermost floating jacket or tube 45 space 5 can also with rock wool, or other thermally good
isolierenden Werkstoffen gefüllt sein. be filled with insulating materials.
Ein Aufbau wie dieser folgt gleich mehreren Maßgaben zugleich, nämlich erfolgt zum einen einer guten A structure like this follows several provisos at the same time, namely on the one hand a good
thermischen Isolation von innen nach außen, sodass der Heißwind nicht schon in der Heißwindlanze abkühlt, und zum anderen bewirkt das BeschichtungsSystem, dass eine gute Korrosions- und Abrasionsfestigkeit entsteht. Insbesondere die schwimmende Lagerung des innerstenThermal insulation from inside to outside, so that the hot air does not cool in the hot blast lance, and on the other hand, the coating system causes a good corrosion and abrasion resistance. In particular, the floating storage of the innermost
Rohres oder Mantels 46 lässt unterschiedliche thermisch bedingte Längenausdehnungen unterschiedlicher verwendeter Materialien zu. Auch bei den Beschichtungen kann dies nochmals Pipe or shell 46 allows for different thermally induced length expansions of different materials used. This can also be done with the coatings
berücksichtigt werden, indem wie oben beschrieben, haftvermittelnde Schichten oder Liner zumindest be considered by, as described above, adhesion-promoting layers or liners at least
abschnittweise thermische Spannungen kompensierend aufnehmen können. Bezugszeichen sections can absorb compensating thermal stresses. reference numeral
1 äußerer Mantel 1 outer jacket
2 innerer Mantel  2 inner coat
3 Zwischenraum  3 space
4 Weiterer innerer Mantel  4 Further inner coat
5 Zwischenraum  5 gap
41, 43, 44, 46 BeSchichtungen 42 Mantel 41, 43, 44, 46 Coatings 42 Coat
45 innerster Mantel, schwimmend gelagert  45 innermost coat, floating

Claims

Patentanspräche; Patentanspräche;
Heißwindlanze für den Einsatz in metallurgischen Prozessen, wie bspw der Stahlherstellung, mit welcher Heißwind oberhalb eines Schmelzbades eines Stahlkonverters einblasbar ist, welche aus einem äußeren Mantel (1) , sowie mindestens einem inneren Mantel (2) besteht, und zwischen dem äußeren und einem inneren Mantel zumindest ein mit Kühlmittel durchflossener Zwischenraum (3) oder Kühlkanal angeordnet ist, Hot blast lance for use in metallurgical processes, such as steel making, with which hot air is blown above a molten bath of a steel converter, which consists of an outer shell (1), and at least one inner shell (2), and between the outer and an inner At least one coolant-flowed intermediate space (3) or cooling channel is arranged,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der innere Mantel (2) oder der innerste Mantel (4) zumindest teilweise aus einem thermisch that the inner shell (2) or the innermost shell (4) at least partially made of a thermally
isolierenden weiteren Mantel (4) , oder einem thermisch isolierenden Mantel besteht oder mit einem solchen versehen ist, oder mit einer thermisch isolierenden Schicht beschichtet ist. insulating further jacket (4), or a thermally insulating jacket is or is provided with such, or is coated with a thermally insulating layer.
Heißwindlanze nach Anspruch 1 , Hot blast lance according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der innere Mantel (2) oder der innerste Mantel (4) zumindest auf der Innenseite mit einer that the inner shell (2) or the innermost shell (4) at least on the inside with a
Schutzschicht (41) bzw (46) versehen ist. Protective layer (41) or (46) is provided.
Heißwindlanze nach Anspruch 1 oder 2 , Hot blast lance according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der innere Mantel (2) oder der innerste Mantel (4) aus mehreren Schichten(41, 42, 43, 44, 45, 46) besteht, und dass zumindest die innerste dieser Schichten, nämlich Schicht (46) oder Schicht (43) aus einem abrasions- und/oder korrosionsbeständigen Werkstoff besteht. Heißwindlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, in that the inner jacket (2) or the innermost jacket (4) consists of several layers (41, 42, 43, 44, 45, 46) and that at least the innermost of these layers, namely layer (46) or layer (43) consists of an abrasion and / or corrosion resistant material. Hot blast lance according to one of claims 1 to 3, characterized
dass der innere Mantel (2) oder der innerste Mantel (4) aus einem keramischen Werkstoff besteht oder mit demselben beschichtet ist. that the inner jacket (2) or the innermost jacket (4) consists of or is coated with a ceramic material.
Heißwindlanze nach Anspruch 3 oder 4, Hot blast lance according to claim 3 or 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das abrasions- und/oder korrosionsbeständige Material bzw der keramische Werkstoff an der an dem inneren oder innersten Mantel anhaftenden Seite mit einem temperaturbeständigen Haftvermittler oder Liner versehen ist. that the abrasion and / or corrosion-resistant material or the ceramic material is provided on the adhering to the inner or innermost shell side with a temperature-resistant adhesive or liner.
Heißwindlanze nach Anspruch 5, Hot blast lance according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Haftvermittler oder Liner derart elastisch ist, dass er den Unterschied des that the primer or liner is so elastic that it compensates for the difference in the
Ausdehnungskoeffizienten des inneren oder innersten Mantels zum abrasions- und/oder  Expansion coefficients of the inner or innermost shell for abrasions- and / or
korrosionsbeständigen Material bzw zum keramischen Werkstoff ausgleicht. corrosion-resistant material or ceramic material compensates.
Heißwindlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das abrasions- und/oder korrosionsbeständige Material bzw der keramische Werkstoff aus einem Schichtsystem besteht, bei welchem die zum vom Heißwind gewandte Oberfläche aus einem dichten keramischen Werkstoff und die vom Heißwind abgewandte Oberfläche aus einem Hot blast lance according to one of claims 1 to 6, characterized in that the abrasions- and / or corrosion-resistant material or the ceramic material consists of a layer system in which the facing of the hot blast surface of a dense ceramic material and the surface facing away from the hot blast one
Keramikschaumwerkstoff besteht. Ceramic foam material exists.
Heißwindlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, Hot blast lance according to one of claims 1 to 7, characterized
dass zwischen dem inneren Mantel (2) und dem äußeren Mantel (1) ein wenigstens ein Zwischenmantel oder Zwischenraum (3) angeordnet ist, und mit Kühlmittel durchflössen ist. that between the inner shell (2) and the outer Sheath (1) at least one intermediate sheath or intermediate space (3) is arranged, and is flowed through with coolant.
. Heißwindlanze nach Anspruch 1 bis 7, , Hot blast lance according to claim 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Raum (3) zwischen dem äußeren Mantel (1) und dem inneren Mantel (2) zur Gewährleistung eines eines Schutzes gegen Wärmeübertag durch  that the space (3) between the outer shell (1) and the inner shell (2) to ensure a protection against heat transmission through
Temperaturstrahlung mit einem  Temperature radiation with a
Temeüraturstrahlungshemmer gefüllt opder einer einer dünnen Temperaturstrahlungshemmungsschicht versehen ist .  Temeuraturstrahlungshemmer filled opder one of a thin temperature radiation inhibition layer is provided.
0. Heißwindlanze nach Anspruch 1 bis 7, 0. hot blast lance according to claim 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zwischen dem äußeren Mantel (1) und dem innersten Mantel (46) ein Temperierungskanal angeordnet ist, welcher im Blasbetrieb des  that between the outer jacket (1) and the innermost jacket (46) a Temperierungskanal is arranged, which in the blowing operation of
Heißwindes ebenfalls mit Heißwind durchströmbar ist.  Hot wind can also be flowed through with hot air.
1. Heißwindlanze nach einem der 1. hot blast lance after one of
Ansprüche 1 bis 10,  Claims 1 to 10,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der innerste Mantel (45) in der Heißwindlanze schwimmend gelagert ist.  that the innermost shell (45) is floatingly mounted in the hot blast lance.
2. Heißwindlanze nach einem der 2. hot blast lance according to one of
Ansprüche 1 bis 11,  Claims 1 to 11,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest der innere Mantel (42) oder der innerste Mantel (45) entlang seiner Längsrichtung aus mehreren Teilstücken oder Muffen besteht, welche an den Berührungstellen der einzelnen Teilstücke oder Muffen teilüberlappend ausgestaltet sind. that at least the inner jacket (42) or the innermost jacket (45) along its longitudinal direction consists of several sections or sleeves, which at the points of contact of the individual sections or sleeves are designed partially overlapping.
13. Heißwindlanze nach einem der 13. hot blast lance according to one of
Ansprüche 1 bis 12 ,  Claims 1 to 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die direkt mit dem Heißwind in strömender Verbindung stehende innerste Oberfläche (46) oder Beschichtungsoberfläche StrömungswiderStands- und/oder haftungsreduziert strukturiert oder mikrostrukturiert ist.  in that the innermost surface (46) or coating surface, which is directly in fluid communication with the hot blast, is structured or microstructured in a manner reduced in flow resistance and / or adhesion.
14. Verwendung einer Heißwindlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , zum Einblasen von Heißwind oberhalb eines Stahlbades und/oder eines 14. Use of a hot blast lance according to one of claims 1 to 13, for blowing hot blast above a steel bath and / or a
Schrotthaufens, und/oder eines Haufwerkes in einem Stahlkonverter .  Scrap heap, and / or a heap in a steel converter.
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