NL8400393A - Vloeistofgekoelde lans voor het blazen van zuurstof op een staalbad. - Google Patents

Description

f 5 w « HO 539

' ‘ VLOEISTOFGEKOELDE LANS VOOR HET BLAZEN VAN ZUURSTOF OP EEN STAALBAD

Door aanvraagster worden als uitvinders genoemd: . Dr. Ir. P.J. Kreijger te Castricum 5 en G. Ph. Bührmann te Velsen

De* uitvinding heeft betrekking op een vloeistof gekoelde lans voor het blazen van zuurstof op een staalbad, t.b.v. de raffinage daarvan, van het type waarbij een centraal toevoerkanaal voor de zuurstof is omgeven door een dubbele mantel voor het heen en terug 10 voeren van koelvloeistof, en waarbij meerdere secundaire toevoer-» ’ leidingen voor zuurstof aansluiten op uitmondingen in een conische verwijding van de buitenste mantel nabij de lanskop. Een dergelijke zuurstoflans is eerder beschreven in de Europese octrooiaanvrage 76538. · 15 Veelal wordt bij staalraffinage uitgegaan van een mengsel van vloeibaar ruwijzer en schrot. De hoeveelheid schrot welke kan worden ingezet is daarbij o.a. afhankelijk van de temperatuur van het vloei- i bare ruwijzer, en van de hoeveelheid in de converter ontwikkelde ; warmte bij de omzetting van koolstof in CO resp. C02 . Naar mate meer 20 CO2 wordt gevormd, wordt meer warmte ontwikkeld, en kan de schrot-inzet ook worden verhoogd.

• In sommige gevallen kan het van voordeel zijn om het staalpro- ces te combineren met een injectie van gas door de bodem van het vat in het vloeibare staal. Bijv. kan hierdoor een beter roereffect 25 worden bereikt. Wel' kunnen dergelijke processen tot een verdere afkoeling van het bad leiden, hetgeen de mogelijkheid vermindert om schrot in te zetten.

In het bijzonder indien de schrotprijs laag is, is het gewenst dat men bij het staalbereidingsproces een grote flexibiliteit heeft 30 om de. schrotinzet te verhogen. Door gebruik te maken van de secundaire zuurstoftoevoer blijkt het mogelijk extra warmte aan het bad . 84 0 0 393 /2 /2 \ G t Λ β 2 — toe te voeren waarmee extra schrot kan worden ingezet en gesmolten. Gebleken is daarbij, dat deze extra mogelijke schrotinzet afhankelijk is van de afstand tussen de uitmondingen voor de primaire en voor de secundaire zuurstof, in afhankelijkheid van de hoogte van de lanskop tot de •5 badspiegel tijdens bedrijf. Daarbij is echter ook gebleken dat bij een afstand tussen de uitmondingen voor primaire en secundaire zuurstof, waarbij de maximale schrotinzet kan worden verkregen, tevens de beheersing van de eindpunttemperatuur van het blaasproces het minst is. Dit uit zich in een maximum in de standaard-deviatie T van de eind- 10 punttemperatuur bij opvolgende ladingen. Daar hierdoor de taptemperatuur ook moeilijk beheersbaar wordt, is dit een ongewenste bijkomstigheid.

De uitvinding stelt zich daarom ten doel een verbeterde lans van het bekend gestelde type te verschaffen, waarmee zowel extra warmte aan het bad voor het insmelten van schrot kan worden toegevoerd, en waarbij 15 niettemin de eindpunttemperatuur van het blaasproces beter beheerst kan worden.

i 'De uitvinding bestaat nu daarin dat bij de bekend gestelde lans tenminste acht Uitmondingen voor secundaire zuurstof zijn aangebracht, ' elk met een diameter d welke voldoet aan de voorwaarde d , 0,02, v s s/ ^ 20 waarin 1 de afstand is tussen de uitmondingen voor de primaire en voor de secundaire zuurstof. Gebleken is nl. dat de beheersing van de eindpunttemperatuur in sterke mate afhankelijk is van de reproduceerbaar- • heid van het stromingsbeeld van de secundaire zuurstof binnen de staal- converter, en dat deze reproduceerbaarheid op zijn beurt weer wordt I 25 verbeterd door er zorg voor te dragen dat de straalkegel van secundaire \ zuurstof welke de uitmondingen voor secundaire zuurstof verlaat, voldoende’ stabiel is. Dit in analogie met de ervaringen welke zijn opge-‘daan bij het blazen van de primaire zuurstof. Ook daar is gebleken dat de stabiliteit van de straalkegel van grote invloed is op de reprodu-30 ceerbaarheid van de oxidatie reacties, en daarmee op de voorspelbaarheid van de eindpuntcondities van het blaasproces. Indien ds aan de aangegeven voorwaarde voldoet wordt niet slechts een stabiele straalkegel van de secundaire zuurstof verkregen, doch dit heeft tevens he-6 gevolg dat de oxidatie isaktie reproduceerbaar zijn en dat de daarbij 35 vrijgekomen warmte voorspelbaar door het staalbad wordt opgenomen.

In het bijzonder wordt een goed combinatie van een verbeterde schrotinzet en een verbeterde beheersing van de eindpunttemperatuur verkregen indien verder de afstand 1 tussen de uitmondingen voor de primaire en voor de secundaire zuurstof tussen 0,2 en 0,8 maal en bij -40 voorkeur tussen 0,3 en 0,45 x de lans-bad-afstand gedurende de hoofd- 8 4 0 0 3 9 3 /3 - 3 - HO 539 .

« · e δ ontkolingsperiode van het staalbad is gekozen.

Voor praktische uitvoeringsvormen van de nieuwe lans blijkt een geschikte keuze daarin te bestaan, dat meer dan 12 en bij voorkeur 15 a 20 uitmondingen voor secundaire zuurstof zijn aangebracht, elk 5 met een diameter d die voldoet aan de voorwaarde d /d,^ 0,3, waarbij

S S

d^ de diameter is van de nauwste opening van de uitmondingen voop de primaire zuurstof. { I ' l

In de Europese octrooiaanvrage 76538 is beschreven dat extra maatregelen gewenst zijn om de verschillen in thermische uitzetting van 10 verschillende delen van de lans, als verschillen in temperatuur tijdens bedrijf, door een geschikte constructieve vormgeving op te vangen. Daarbij is voorgesteld om de toevoerleidingen voor de secundaire zuurstof over tenminste een deel van hun lengte schroeflijnvormig om de binnenste mantel te wikkelen.

*15 Een en ander leidt tot problemen indien het aantal uitmondingen voor de secundaire zuurstof hoger wordt gekozen, indien elke uitmonding overeenkomt met een eigen toevoer leiding. Gebleken is echter dat dit constructieve bezwaar zeer goed volgens de uitvinding kan worden opgevangen, indien meerdere uitmondingen voor de secundaire zuurstof aan-20 sluiten op telkens een enkele secundaire toevoerleiding.

Een verdere verbetering van de stabiliteit van de straalkegel van de secundaire zuurstof wordt tenslotte volgens de uitvinding nog verkregen indien de secundaire toevoerleidingen eindigen in hun uitmondingen via uitstroomtuiten welke tenminste in hoofdzaak de vorm 25 hebben van lavaltuiten.

De uitvinding zal vervolgens worden toegelicht aan de hand van een aantal figuren, welke de constructie van de nieuwe lans beschrijven en welke het effect van de nieuwe uitvinding illustreren.

Fig. 1 toont de nieuwe lansconstructie deels in aanzicht en 30 deels in langsdoorsnede.

Fig. 2 is een dwarsdoorsnede ter plaatse II-II.

Fig. 3 geeft een detail van fig. 1 weer ter plaatse van de uitmonding van een secundaire toevoerleiding.

Fig. 4 illustreert de relatie tussen de afstand van de uitmondin-35 gen voor primaire en secundaire zuurstof en enkel procesgrootheden.

Fig. 5 illustreert de relatie tussen de diameters van de secundaire uitmondingen en deze procesgrootheden.

In fig. 1 is een watergekoelde zuurstoflans aangegeven welke aan een zijde van zijn hartlijn in aanzicht is getoond, en voor de 84 00 3 9 3 /4

O' ’ A

- 4 - HO 539 • andere helft in langsdoorsnede. Verwijzingscijfer 1 geeft hierbij een lanskop aan van ee'n gebruikelijk type waarbij twee van drie zuurstofgaten zijn afgebeeld. Zuurstof wordt aan de lanskop toegevoerd door een binnenkanaal hetwelk door een buis 2 verloopt. Rondom 5 deze buis 2 zijn twee mantels 3 en 4 aangebracht waar doorheen koelvloeistof heen en terug kan verlopen.

Een nadere beschrijving van deze functies van de lans en de daarvoor benodigde constructie-elementen kan achterwege blijven, daar het hier een algemeen bekende en toegepaste watergekoelde 10 zuurstoflans betreft.

Verder omvat de constructie een conische verwijding 5 in de buitenmantel 4 welke op een afstand van de lanskop aanwezig is, welke in het beschreven geval ca 0,4 x de lans-bad-afstand gedurende de hoofd— ontkolingsperiode van het staalbad bedraagt. Vanaf deze conische verwij-15 ding 5 verloopt de buitenmantel 4 weer cilindrisch tot nabij het achtereinde van de lans. Aldaar sluit hij aan op een ringvormig kanaal 6 rondom de lans hetwelk op zijn beurt weer via een leidingstuk is aangesloten / op een koppelflens 7. Flens 7 kan worden aangesloten op een bron voor secundaire zuurstof, met een apart meet- en regelcircuit (niet getekend). 20 Vanaf ringkamer 6 verlopen een achttal buizen 8 eerst axiaal binnen de buitenmantel 4, om vervolgens, circa halverwege de lans, met enkele slagen schroeflijnvormig om de binnenmantel 3 te worden gebogen. Deze gebogen buisstukken 9, gaan vervolgens weer over in de rechte buisstukken 8. Elk van de acht buisstukken 8 verdeelt zich over twee deelleidingen 25 14 (zie fig. 1), welke uitlopen in de uitmondingen 15, op de conische verwijding 5. Bij een afstand 1 - 600 mm hebben de uitmondingen 15 een diameter van bijv. ca. 10 mm.

Ter ondersteuning van de schroeflijnvormig gebogen buisstukken 9 op de binnenmantel 3 zijn op deze binnenmantel op een aantal plaat-30 sen over de omtrek van de lans richels 10 aangebracht. Fig. 2 toont de lans in dwarsdoorsnede ter plaatse II-IT, alwaar de overgang van de rechte buisstukken 8 in de schroeflijnvormig gebogen buisstukken 9 is te zien, en waaruit ook duidelijk is hoe buisstukken 9 door richels 10 op afstand worden gehouden van mantel 3. De koelvloeistof 35 kan op deze wijze buisstukken 8 en 9 in de buitenmantel vrij omstromen, en de schroeflijnvormig gewikkelde buisstukken 9 voorkomen ook dat in deze buisstukken thermische spanningen kunnen ontstaan.

In fig. 3 is de uitmonding van deelleidingen 14 in de conische verwijding 5 uit zuiver koper op vergrote schaal afgebeeld. Via ver-40 deelstukken 11 zijn de buizen 8 gekoppeld aan vernauwende pijpen 12.

8400393 /5 - 5 - HO 539 * * * w

Deze sluiten weer aan op boringen door de conische verwijding 5, welke onder een hoek (X t.o.v. de hartlijn van de lans bij 15 uitmonden. In het af geheelde geval is voor (X 45° gekozen. Een verdikking 13 op de • mantel 3 heeft ten doel om de stroming van koelvloeistof ter plaatse 5 gunstig te beïnvloeden en een situatie waarin de lans thermisch geexpandeerd is. Nabij de uitmondingen 15 zijn de boringen in de vorm, van lavaltuiten uitgevoerd.

In fig. 4 zijn grafisch uitgezet de invloed op de schrotinzet en op de standaard-deviatie van de eindpunttemperatuur van het blaasproces 10 van wijzigingen in de afstand tussen de uitmondingen van de primaire zuurstof in lanskop 1 en de secundaire uitmondingen 15. De invloed op de mogelijke schrotinzet is langs de linkerschaal aangegeven en die op de standaard-deviatie van de eindpunttemperatuur langs de rechterschaal.

Daar het in dit geval enkel gaat om het illustreren van een verschijnsel, 15 zijn langs de schalen geen getallen afgezet. Afhankelijk van de afmetingen van de converter en van diverse proces-omstandigheden worden nl. andere getallen gevonden, doch in ieder geval wordt een vergelijkbare relatie gevonden. Zoals uit de figuren blijkt wordt een maximale waarde • - gevonden voor de schrotinzet bij een bepaalde afstand tussen de uitmon- 20 dingen voor primaire en secundaire zuurstof, doch blijkt tevens dat bij deze zelfde configuratie ook de standaard-deviatie van de eindpunttem-; peratuur zijn grootste waarde bereikt. Dit betekent dat bij deze lans- vorm weliswaar de meest voordelige schrotinzet kan worden bereikt, doch dat daarbij dan moet worden Ingeboet aan trefzekerheid voor wat betreft i 25 <*e eindpunttemperatuur van het bad.

In fig. 5 zijn dezelfde grootheden, schrotinzet en standaard-deviatie van de eindpunttemperatuur, als funktie uitgezet van de diameter van uitmondingen 15. Daarbij is als afstand tussen de primaire uitmondingen en de secundaire uitmondingen 15 de afstand genomen waarbij 3Q in fig. 4 voor schrotinzet en tr T optimale waarden werden gevonden.

Opgemerkt wordt dat eerst een proef werd genomen waarbij de buis-stukken 8 elk slechts direct op één uitmonding 15 aansloten. Uit fig. 5 blijkt nu dat de eindpuntbeheersing aanmerkelijk nauwkeuriger wordt . naarmate de diameter van de uitmondingen kleiner wordt gekozen. Tegelij-35 kertijd echter neemt de schrotinzet ook enigszins af, zij het slechts in geringe mate. In de praktijk blijkt, dat wanneer de diameter van de uitmondingen 15 kleiner wordt gekozen dan 13 mm, en bij voorkeur tussen circa 8 en 11 mm, de eindpunttemperaturen vrijwel reproduceerbaar zijn, terwijl de schrotinzet slechts weinig minder is dan de maximale waarde 40 welke in fig. 4 is geïllustreerd.

8400393 /6 t j. - 6 - HO 539 t

Gebleken is dat deze schrotinzet nog weer kan worden verbeterd door, zoals in fig. 1 afgebeeld, de buizen 8 de laten uitmonden in telkens twee uitmondingen 15.

ƒ . / • \ - 8400393 /7

Claims (5)

1. Vloeistofgekoelde lans voor het blazen van zuurstof op een staal-bad, van het type waarbij een centraal toevoerkanaal voor de zuurstof is omgeven door een dubbele mantel voor het heen- en terugvoeren van koelvloeistof, en waarbij meerdere secundaire toevoer-leidingen voor zuurstof aansluiten om uitmondingen in een conische verwijding van de buitenste mantel nabij de lanskop, met het kenmerk, dat tenminste acht uitmondingen voor secundaire zuurstof zijn aangebracht, elk met een diameter d welke voldoet aan de voorwaarde s d /1 K 0,02, waarin 1 de afstand is tussen de uitmondingen voor s de primaire en voor de secundaire zuurstof.

2« Lans volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afstand 1 tussen de uitmondingen voor de primaire 'en voor de secundaire zuurstof tussen 0,2 en 0,8 maal, en bij voorkeur tussen 0,3 en 0,45 maal, de lans-bad-afstand gedurende de hoofdontkolingsperiode van het staalbad is gekozen.

3. Lans volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat meer dan 12, en bij voorkeur 15 a 20 uitmondingen voor secundaire zuurstof zijn aangebracht, elk met een diameter ^d die voldoet aan de voorwaarde ds /% < °> 3, waarbij d^ de diameter is van de nauwste opening van de uitmondingen voor de primaire zuurstof.

4. Lans volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat meerdere uitmondingen aansluiten op telkens een secundaire toevoerleiding.

5. Lans volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de secundaire toevoerleidingen eindigen in hun uitmondingen via uitstroomtuiten welke tenminste in hoofdzaak de vorm hebben van lavaltuiten. 8400393