NO840414L

NO840414L - OXYGEN INJECTION NOZZLE FOR DECARBONIZATION OF CASTLE IRON, SPECIAL CHROME CASTLE IRON

Info

Publication number: NO840414L
Application number: NO840414A
Authority: NO
Inventors: Georges Marizy
Original assignee: Ugine Aciers
Priority date: 1983-02-04
Filing date: 1984-02-03
Publication date: 1984-08-06
Also published as: EP0119937A1; FI840453A; ES285553U; ZW1584A1; ES285553Y; AU2400784A; JPS59145717A; ZA84798B; KR840007751A; BR8400446A; FI840453A0

Description

Oksygeninjeksjonsdysen som er gjenstand for foreliggende oppfinnelse er en forbedring av den som er beskrevet i FR-PS 2 489 368. C il/ C % L The oxygen injection nozzle which is the subject of the present invention is an improvement of the one described in FR-PS 2 489 368. C il/ C % L

På samme måte som dysen som er beskrevet i det patent angår dysen som er gjenstand for foreliggende oppfinnelse dekarbonisering av støpejern ved hjelp av lanser anordnet o over badnivået av flytende støpejern og som gjennom en dyse avgir en oksygenstråle mot overflaten av støpejernet. In the same way as the nozzle described in that patent, the nozzle which is the subject of the present invention relates to the decarbonisation of cast iron by means of lances arranged o above the bath level of liquid cast iron and which, through a nozzle, emits an oxygen jet towards the surface of the cast iron.

Mere spesielt angår oppfinnelsen dekarbonisering av store volumer flytende støpejern ved hjelp av oksygeninjiser-ingslanser utstyrt med dysen ifølge oppfinnelsen. More particularly, the invention relates to the decarbonisation of large volumes of liquid cast iron by means of oxygen injection lances equipped with the nozzle according to the invention.

Oppfinnelsen angår spesielt dekarbonisering av krom-støpejern i industriell målestokk. The invention relates in particular to the decarbonisation of chrome cast iron on an industrial scale.

Dysen for dekarbonisering av støpejern og med en overlydsoksygenstråle som beskrevet i FR-PS 2 489 368 har som vesentlig karakteristisk trekk en frustokonisk divergerende del med en vinkel i topp-punktet fra 60 til 70° og fortrinnsvis fra 62 til 66°. Utover den frustokoniske del kan den divergerende andel omfatte en dreieoverflate rundt den samme akse der generatrisekurven har en konkav konfigurasjon som er rettet innover. Dysen ga spesielt gode resultater med henblikk på dekarboniering av krom-støpejern ved å gjennomføre den fremgangsmåte som er beskrevet i FR-PS 2 474 531. P.g.a. den spesielle form gjør den det mulig at det dannes en emulsjon av flytende krom-støpejern p.g.a. virkningen av oksygenstrålen og ved dannelse av CO under betingelser som gir høye utbyttenivåer med henblikk på Fe og Cr. The nozzle for decarbonisation of cast iron and with a supersonic oxygen jet as described in FR-PS 2 489 368 has as an essential characteristic feature a frustoconical divergent part with an angle at the top point from 60 to 70° and preferably from 62 to 66°. In addition to the frustoconic part, the divergent part may comprise a turning surface around the same axis where the generatrix curve has a concave configuration which is directed inwards. The nozzle gave particularly good results with regard to the decarburization of chrome cast iron by carrying out the method described in FR-PS 2 474 531. P.g.a. the special shape makes it possible for an emulsion of liquid chrome-cast iron to form due to the effect of the oxygen beam and by the formation of CO under conditions that give high yield levels with respect to Fe and Cr.

Imidlertid ble prøvene med dysen som beskrevet i FR-PS 2 489 368 i det vesentlige gjenomført ved bruk av mengder krom-støpejern som var begrenset til ca. 60 kg. pr. operasjon. However, the samples with the nozzle as described in FR-PS 2 489 368 were essentially redone using quantities of chrome cast iron which were limited to approx. 60 kg. per operation.

Når man ekstrapolerte disse prøver til industriell, målestokk og ved bruk av mengderkrom-støpejern på noen tonn ble det oppnådd klart positive resultater men ikke desto mindre oppsto det også visse vanskeligheter. When extrapolating these samples to an industrial scale and using quantities of chrome-cast iron of a few tonnes, clearly positive results were obtained, but nevertheless certain difficulties also arose.

En av de mest alvorlige vanskeligheter finnes i dannelsen av faste avsetninger på - den indre overflate av dysen, spesielt mot enden av denne. Slike avsetninger dannes av metalloksyder eller sogar metall som ble kastet opp fra det smeltede metallbad. Virkningen av dette medfører en endring av fordelingen av oksygenstrålen, spesielt avbøy^s den, og det oppstår derfor ustabile driftsbetingelser. Spesielt blir temperaturhevningen i badet mindre hurtig og i enkelte tilfeller er det ikke mulig å nå den tem-peratur på ca. 1700 til 1800°C som er nødvendig for mellom den gassformige fase og det flytende krom-støpejern oå danne den emulsjon i hvilken direkte dekarbonisering av støpejernet gjør det mulig hurtig å redusere karboninnholdet til under 0,3%. One of the most serious difficulties is found in the formation of solid deposits on - the inner surface of the die, especially towards the end thereof. Such deposits are formed by metal oxides or even metal that was thrown up from the molten metal bath. The effect of this entails a change in the distribution of the oxygen beam, especially if it is deflected, and unstable operating conditions therefore arise. In particular, the temperature rise in the bath becomes less rapid and in some cases it is not possible to reach the temperature of approx. 1700 to 1800°C which is necessary for between the gaseous phase and the liquid chromium cast iron to form the emulsion in which direct decarbonisation of the cast iron makes it possible to quickly reduce the carbon content to below 0.3%.

Selv når emulsjonen dannes under tilsynelatende tilfredsstillende . betingelser, er det imidlertid ikke alltid mulig å oppnå de høye utbyttenivåer av Fe og spesielt Cr som er et av de vesentlige karakteristika denne dekarboniseringsprosess. Even when the emulsion is formed under apparently satisfactory . conditions, however, it is not always possible to achieve the high yield levels of Fe and especially Cr which is one of the essential characteristics of this decarbonisation process.

OL BEER

Det ble derfor utført forskning med henblikk på muligheten for å fremstille en injeksjonsdyse av overlydstråletypen for dekarbonisering av støpejern og som arbeider på perfekt stabil måte under hele driftsperioden og som gjør det mulig å dekarbonisere industrielle mengder støpejerg og spesielt krom-støpejern. Det ble også gjennomført forskning med henblikk på muligheten av å benytte en slik dyse for injisering ikke bare av oksygen men eventuelt alene eller eventuelt samtidig med oksygeninjeksjonen, av et annet fluid i væske- eller gassform eller i fast form Research was therefore carried out with a view to the possibility of producing an injection nozzle of the supersonic jet type for the decarbonisation of cast iron and which works in a perfectly stable manner during the entire operating period and which makes it possible to decarbonise industrial quantities of cast iron and especially chrome cast iron. Research was also carried out with a view to the possibility of using such a nozzle for injecting not only oxygen but possibly alone or possibly simultaneously with the oxygen injection, of another fluid in liquid or gas form or in solid form

som pulver eller korn.as powder or grain.

Pa samme måte som den dyse som er gjenstand for FR-PSIn the same way as the nozzle that is subject to FR-PS

2 489 368 omfatter dysen som er gjenstand for foreliggende oppfinnelse en divergent del. Den divergente del omfatter fortrinnsvis minst en frustokonisk del med en toppvinkel på mellom 60 og 70°; veggoverflaten av halsdelen eller dysestrupen omfatter minst en lateral munning som forbinder det indre av halsdelen med et ringrom som omgir den, og som er forbundet med et oksygeninnløp der en del i det minste av oksygenet som mates til dysen passerer inn i halsdelen gjennom nevnte laterale munning. Denne frustokoniske del av den divergerende del kan være utvidet av en dreieflate hvis generatrisekurve har en konkav figurasjon som er rettet innover. 2 489 368, the nozzle which is the subject of the present invention comprises a divergent part. The divergent part preferably comprises at least one frustoconical part with an apex angle of between 60 and 70°; the wall surface of the neck part or the nozzle throat comprises at least one lateral opening which connects the interior of the neck part with an annulus surrounding it, and which is connected to an oxygen inlet where at least part of the oxygen fed to the nozzle passes into the neck part through said lateral opening . This frustoconic part of the divergent part can be extended by a turning surface whose generatrix curve has a concave figuration which is directed inwards.

Fortrinnsvis sørger minst en anordning for avbøyning av strømmen av oksygen som passerer inn i det indre av halsdelen gjennom den laterale munning for en tangensiell komponent til bevegelsesretningen, noe som forårsaker en roterende bevegelse av oksygenstrømmen rundt dyseaksen. Preferably, at least one means for deflecting the flow of oxygen passing into the interior of the neck portion through the lateral orifice provides a tangential component to the direction of movement, causing a rotary movement of the oxygen flow about the nozzle axis.

En slik avbøyningsanordning kan omfatte minst en radial skillevegg eller et dele-element som er skrådd med henblikk på generatrisen i halsdelen, er anordnet i ringrommet rundt halsdelen for å gi oksygen som passerer gjennom ringrommet en roterende bevegelse rundt aksen av dysen før gassen passerer til halsdelen gjennom den laterale munning. Spesielt er det mulig å bruke minst ett skille-element som er anordnet i skruekonfigurasjon rundt halsdelen tildannet som en skruegjenge. Den laterale munning er fortrinnsvis ringformet; den kan eventuelt selv omfatte en deflektoranordning dannet ved skille-elementer som gjør det mulig å forbedre fordelingen av oksygeninnløpet i halsdelen rundt hele dyseaksen, slik orientert at det bidrar til å gi strømmene av oksygen som passerer mellom skilledelene en bevegelsesretning som Such a deflection device may comprise at least one radial partition wall or a dividing element which is inclined with respect to the generatrix in the neck part, is arranged in the annulus around the neck part to give oxygen passing through the annulus a rotating movement around the axis of the nozzle before the gas passes to the neck part through the lateral orifice. In particular, it is possible to use at least one separating element which is arranged in a screw configuration around the neck part formed as a screw thread. The lateral orifice is preferably annular; it can optionally itself comprise a deflector device formed by separating elements which make it possible to improve the distribution of the oxygen inlet in the neck part around the entire nozzle axis, oriented in such a way that it helps to give the flows of oxygen passing between the separating parts a direction of movement which

inkluderer en tangensiell komponent.includes a tangential component.

Dysen omfatter fortrinnsvis et andre oksygeninnløp gjennom en aksial passasje anordnet i linje med halsdelen. Oksygenstrømningsmengden reguleres fortrinnsvis slik at minst 50% av oksygenet passerer inn i halsdelen gjennom den laterale munning. The nozzle preferably comprises a second oxygen inlet through an axial passage arranged in line with the neck part. The oxygen flow rate is preferably regulated so that at least 50% of the oxygen passes into the neck part through the lateral mouth.

Det er også mulig at også oksygen innføres til halsdelen kun gjennom den laterale munning. Til slutt er det mulig å benytte den aksiale passasje for å innføre et fluid forskjellig fra oksygen slik som et hydrokarbon, eller igjen et faststoff i pulver- eller kornform slik som et karbonmateriale, et metall, et metalloksyd e.l. It is also possible that oxygen is introduced to the throat only through the lateral mouth. Finally, it is possible to use the axial passage to introduce a fluid different from oxygen such as a hydrocarbon, or again a solid in powder or grain form such as a carbon material, a metal, a metal oxide, etc.

Tegningene og de gitte eksempler gir en ikke-begrensende beskrivelse av trekkene ved injeksjonsdysen for den stabiliserte overlydsoksygenstråle for dekarbonisering av støpejern og som utgjør gjenstanden for oppfinnelsen: Figur 1 viser en dyse for dekarbonisering av støpejern av typen stabilisert overlydsoksygenstråle og med en frustokonisk divergerende del ifølge oppfinnelsen, Figur 2 viser en dyse ifølge oppfinnelsen omfatter et skrueformet skille-element anbragt i ringrommet rundt halsdelen for å gi oksygen-strømmen en roterende bevegelse før den passerer inn i halsdelen gjennom den laterale munning, og Figur 3 viser en dyse ifølge oppfinnelsen med en frustokonisk divergerende del som er utvidet av en dreieoverflate hvis generatrisekurve har en konkav figurasjon som er rettet innover. Figur 1 viser en dyse av overlydsoksygenstråletypen i henhold til oppfinnelsen og av frustokonisk divergent type. Dysen 1 som har en akse X1X2 omfatter en frustokonisk divergerende del eller konfigurasjon 2 hvis The drawings and the given examples provide a non-limiting description of the features of the injection nozzle for the stabilized supersonic oxygen jet for decarbonizing cast iron and which constitute the object of the invention: Figure 1 shows a nozzle for decarbonizing cast iron of the stabilized supersonic oxygen jet type and with a frustoconically diverging part according to the invention, Figure 2 shows a nozzle according to the invention comprises a screw-shaped separating element placed in the annular space around the neck part to give the oxygen stream a rotating movement before it passes into the neck part through the lateral mouth, and Figure 3 shows a nozzle according to the invention with a frustoconical divergent part that is extended by a turning surface whose generatrix curve has a concave figuration that is directed inward. Figure 1 shows a nozzle of the supersonic oxygen jet type according to the invention and of the frustoconical divergent type. The nozzle 1 having an axis X1X2 comprises a frustoconical divergent part or configuration 2 if

akse er dyseaksen mens vinkelen alfa i topp-punktet er fra 60 til 70°.I den viste konstruksjon er vinkelen ca. 65°. Dysen mates ved hjelp av to oksygeninnløp Al og A2 som hver er forbundet med en oksygenkilde idet trykket er tilstrekkelig til å gi en overlydsstråle. axis is the nozzle axis, while the angle alpha at the top point is from 60 to 70°. In the construction shown, the angle is approx. 65°. The nozzle is fed by means of two oxygen inlets A1 and A2, each of which is connected to an oxygen source, the pressure being sufficient to produce a supersonic jet.

Halsdelen 3 for dysen omfatter et sylindrisk rør hvis akse faller sammen med dyseaksen og inn i hvilket det åpner seg en ringformet lateral munning 4 som er anordnet i nærheten av omkretsdelen 5 som utgjør forbindelsen mellom nedstrømsenden av den indre veggoveflate av halsen eller strupen 3 og den divergerende del 2. Et ringrom 6 som er anordnet i det vesentlige koaksialt rundt halsdelen er forbundet med oksygeninntaket Al. The neck part 3 of the nozzle comprises a cylindrical tube whose axis coincides with the nozzle axis and into which opens an annular lateral mouth 4 which is arranged near the peripheral part 5 which forms the connection between the downstream end of the inner wall surface of the neck or throat 3 and the divergent part 2. An annular space 6 which is arranged substantially coaxially around the neck part is connected to the oxygen intake Al.

Oksygenstrømmen passerer gjenom ringrommet 6 og beveger seg inn i halsdelen gjennom den ringformede laterale munning4. Ved passering gjennom denne munning blir oksygenstrømmen forskjøvet i det vesentlige på tvers med henblikk, på dyseaksen X1X2. Så snart den beveger seg inn i halsdelen avbøyes den i retning utløpet av halsdelen og passerer derefter gjenom den divergerende del 2. De ringformede overflater 7 og 8 som utgjør leppene av den laterale munning 4 kan enten være plane deler som er loddrett på aksen X1X2 eller de kan være anordnet skrådd, noe som gir oksygenstrømmene en retning som ikke ligger i et plan loddrett på aksen X1X2 men som er mer eller mindre skrådd med henblikk på denne. Oppstrømsenden av halsdelen 3 i dysen er forbundet med et kammer 9 som i sin tur er forbundet med oksygeninntaket A2. Derfor passerer oksygenstrømmen fra innløpet A2 gjenom det indre 10 av halsdelen 3 parallelt med aksen X1X2 og møter derefter oksygenstrømmen fra innløpet Al. Kombinasjonen av disse to oksygenstrømmer føres så inn i og strømmer gjennom den divergerende del 2. The oxygen flow passes through the annulus 6 and moves into the neck part through the annular lateral mouth 4. When passing through this orifice, the oxygen flow is displaced substantially transversely with respect to the nozzle axis X1X2. As soon as it moves into the neck part, it is deflected in the direction of the outlet of the neck part and then passes through the diverging part 2. The annular surfaces 7 and 8 which make up the lips of the lateral mouth 4 can either be planar parts perpendicular to the axis X1X2 or they can be arranged inclined, which gives the oxygen flows a direction which does not lie in a plane perpendicular to the axis X1X2 but which is more or less inclined with respect to it. The upstream end of the neck part 3 in the nozzle is connected to a chamber 9 which in turn is connected to the oxygen intake A2. Therefore, the oxygen flow from the inlet A2 passes through the inner 10 of the neck part 3 parallel to the axis X1X2 and then meets the oxygen flow from the inlet A1. The combination of these two oxygen streams is then fed into and flows through the diverging section 2.

Til slutt omfatter dysen på kjent måte kjølemidler omfat tende vannsirkulasjon gjennom ringrom 14 og 15 som er anordnet i det vesentlige koaksialt rundt elementet som dannes av halsdelen 3 og den ytre vegg 11 i ringrommet 6. Dette vann eller et hvilket som helst annet kjølefluid trer inn ved Bl og går igjen ut ved B2 efter å ha passert gjennom det rommet som defineres mellom veggen 11, den divergerende del 2 og den ytre vegg 12 i dysen. Dette rom omfatter et ringformet skille-element 13 som tvinger vannet som trer inn ved Bl til strømning ned inne i rommet 14 mellom skilledelen 13 og skilleveggen 11 for så å komme ut i kontakt med veggen 2 til den divergerende del før det stiger opp igjen i rommet 15 mellom den ytre vegg 12 i dysen og skilledelen 13 for så å tre ut ved B2. En slik dyse gir en meget gunstig økning av kromutbyttet når den benyttes ved den kromstøpejernsdekarboniseringsprosess som beskrives i FR-PS 2 474 531. Finally, the nozzle comprises, in a known manner, cooling means comprising water circulation through annulus 14 and 15 which are arranged essentially coaxially around the element formed by the neck part 3 and the outer wall 11 in the annulus 6. This water or any other cooling fluid enters at Bl and exits again at B2 after passing through the space defined between the wall 11, the diverging part 2 and the outer wall 12 of the nozzle. This space comprises an annular separating element 13 which forces the water that enters at Bl to flow down inside the space 14 between the separating part 13 and the partition wall 11 and then come into contact with the wall 2 of the diverging part before it rises again in the space 15 between the outer wall 12 of the nozzle and the dividing part 13 and then exits at B2. Such a nozzle gives a very favorable increase in the chrome yield when it is used in the chrome cast iron decarbonisation process described in FR-PS 2 474 531.

Ved bruk spesielt av denne dyse for dekarbonisering av krom-støpejern ved hjelp av små pilotovner inneholdende ca. 60 kg. flytende støpejern var krom-utbyttene som ble oppnådd nær 99%. For dette formål blir f. eks. 70 til 90% av oksygenet innført gjennom innløpet Al slik at det passerer til det indre av halsdelen 3 gjennom ringåpningen 4 mens resten innføres ved hjelp av innløpet A2 og passerer gjennom rommet 10 i halsdelen 3 parallelt med aksen X1X2 før den møter tverrstrålen av oksygenen fra den laterale munning 4. When using this nozzle in particular for the decarburization of chrome cast iron using small pilot furnaces containing approx. 60 kg. liquid cast iron, the chromium yields achieved were close to 99%. For this purpose, e.g. 70 to 90% of the oxygen introduced through the inlet A1 so that it passes to the interior of the neck part 3 through the annular opening 4 while the rest is introduced by means of the inlet A2 and passes through the space 10 in the neck part 3 parallel to the axis X1X2 before meeting the transverse jet of oxygen from the lateral mouth 4.

Hvis det er relativt lett å gi overlydsoksygenstråler som har de ønskede karakteristika ved hjelp av dyser ifølge oppfinnelsen og som alle er av små dimensjoner, der diameteren ved halsdelen f. eks. er ca. 2 mm, er det vanskeligere å oppnå gode ydelsesnivåer når prosessen benyttes på ovener som inneholder flere tonn støpejern. I dette tilfelle er det mulig, på spesielt fordelaktig måte, å gjennomføre to vesentlige forbedringer på dysen ifølge oppfinnelsen. If it is relatively easy to provide supersonic oxygen jets which have the desired characteristics by means of nozzles according to the invention and which are all of small dimensions, where the diameter at the neck part e.g. is approx. 2 mm, it is more difficult to achieve good performance levels when the process is used on furnaces containing several tonnes of cast iron. In this case, it is possible, in a particularly advantageous manner, to carry out two significant improvements to the nozzle according to the invention.

En første forbedring omfatter å gi oksygenstrømmen som trer ut fra innløpet Al og som passerer inn i halsdelen 3 gjennom den laterale munning, en bevegelsesretning som omfatter en tangensiell komponent og som gir strømmen en roterende bevegelse rundt aksen X1X2. A first improvement comprises giving the flow of oxygen emerging from the inlet Al and which passes into the neck part 3 through the lateral mouth, a direction of movement which includes a tangential component and which gives the flow a rotary movement around the axis X1X2.

Forskjellige midler for avbøyning av oksygenstrømmen for å gi den en tangensiell komponent på bevegelsesretningen kan benyttes. Various means of deflecting the oxygen flow to give it a tangential component to the direction of movement can be used.

Figur 2 viser en enkel og fordelaktig måte å oppnå den roterende gassbevegelse på. Figur 2 viser en del av dysen 16 utstyrt med en halsdel 17 som har en ringformet lateral åpning 20 i nærheten av omkretsdelen 18 som forbinder den indre vegg med den frustokoniske divergerende del 19. Ringoverflåtene 22 og 23 utgjør kantene av den laterale åpning 20 og er anordnet i plan loddrett på aksen X3X4. Ringrommet 21 er forbundet på en i tegningen ikke vist måte ved hjelp av den øvre ende med et oksygeninnløp. For å gi oksygenet som passerer gjennom rommet 21 en rotasjonsbevegelse rundt dyseaksen X3X4 er det i dette rom anordnet en skrueformet del 24 som i den i tegningen viste konstruksjon ved hjelp av sin indre kant er festet til den ytre vegg av halsdelen 17. Figure 2 shows a simple and advantageous way of achieving the rotating gas movement. Figure 2 shows a part of the nozzle 16 equipped with a neck part 17 which has an annular lateral opening 20 near the peripheral part 18 which connects the inner wall with the frustoconical divergent part 19. The annular surfaces 22 and 23 form the edges of the lateral opening 20 and are arranged in a plane perpendicular to the axis X3X4. The annular space 21 is connected in a way not shown in the drawing by means of the upper end with an oxygen inlet. In order to give the oxygen that passes through the space 21 a rotational movement around the nozzle axis X3X4, a screw-shaped part 24 is arranged in this space which, in the construction shown in the drawing, is attached to the outer wall of the neck part 17 by means of its inner edge.

Det er ikke nødvendig at den ytre kant 25 av skilledelen er festet til den indre vegg av den ringformede skilledel 26. Den roterende bevegelse som således gis oksygenstrålen tillater at denne efter at den har passert gjennom den ringformede laterale munning 20 og på ekspen-sjonsøyeblikket gjennom den divergerende del 19,strømmer langs veggene av denne og utgjør således et hinder mot avsetning av metall eller metalloksyder eller andre stoffer fra det smeltede metallbad på de ovenfor nevnte vegger av den divergerende del. It is not necessary that the outer edge 25 of the separator is attached to the inner wall of the annular separator 26. The rotary motion thus imparted to the oxygen jet allows it, after it has passed through the annular lateral mouth 20 and at the moment of expansion through the divergent part 19 flows along the walls thereof and thus constitutes an obstacle against the deposition of metal or metal oxides or other substances from the molten metal bath on the above-mentioned walls of the divergent part.

En annen måte for å oppnå rotasjonsbevegelse for oksygenstrålen ved utløpet av den ringformede laterale munning tar sikte på å utstyre denne munning med skilledeler som ikke er radiale men som er anordnet på tvers med henblikk på den radiale retning for derved å gi oksygenstrømmen som passerer gjennom munningen en retning rettet innover og som inkluderer en tangensiell komponent. Det samme resultat kan oppnås ved å erstatte den ringformede laterale munning med en serie laterale åpinger som er tildannet rundt hele halsen eller strupen og som er slik rettet at aksene ikke er radielle men alltid skrådd i en viss vinkel med henblikk på radien i planet loddrett på planet X3X4 for å gi forskyv-ningsretningen for gass-strømmen en tangensiell komponent som bringer gassen til å rotere rundt aksen X3X4. Aksene for de ovenfor angitte hull kan også være slik orientert at de ikke ligger i et plan loddrett på aksen X3X4 men er skrådd fortrinnsvis nedover for å gi gass-strømbevegelsen en komponent som er parallell med aksen X3X4 og som således gjør det mulig å påvirke hastigheten av overlydsstrålen. Som allerede angitt i forbindelse med utførelsesformen i figur 1 kan det samme resultat oppnås ved hjelp av en enkelt ringformet lateral åpning hvis kanter ikke er plane men skrådd med henblikk på et plan loddrett på aksen X3X4. Another way of achieving rotational movement of the oxygen jet at the outlet of the annular lateral orifice aims at equipping this orifice with separators which are not radial but which are arranged transversely with respect to the radial direction thereby providing the oxygen flow passing through the orifice a direction directed inwards and which includes a tangential component. The same result can be achieved by replacing the ring-shaped lateral mouth with a series of lateral openings formed around the entire neck or throat and which are so directed that the axes are not radial but always inclined at a certain angle with respect to the radius in the plane perpendicular to the plane X3X4 to give the displacement direction of the gas flow a tangential component which causes the gas to rotate around the axis X3X4. The axes of the above-mentioned holes can also be oriented in such a way that they do not lie in a plane perpendicular to the axis X3X4 but are inclined preferably downwards to give the gas flow movement a component that is parallel to the axis X3X4 and thus makes it possible to influence the speed of the supersonic beam. As already indicated in connection with the embodiment in figure 1, the same result can be achieved by means of a single ring-shaped lateral opening whose edges are not planar but bevelled with respect to a plane perpendicular to the axis X3X4.

På samme måte som dysen som er vist i figur 1 omfatter dysen som er vist i figur 2 vannk jølingsinnretning ved hjelp av en strøm vann gjennom ringrom 27 og 28 som er adskilt av en skillevegg 29 og som er anordnet rundt halsdelen 17, ringrommet 21 og den divergerende del 19. In the same way as the nozzle shown in Figure 1, the nozzle shown in Figure 2 comprises a water cooling device by means of a stream of water through annular spaces 27 and 28 which are separated by a partition wall 29 and which is arranged around the neck part 17, the annular space 21 and the divergent part 19.

Bruk av dysen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å undgå dannelse av faste avsetninger på de indre veggoverflater 19 i dysen og som oppstår p.g.a. materiale som er kastet opp fra overflaten av det smeltede metallbad. Det er funnet at dette skyldes det faktum at oksygenstrålen meget tett følger dyseveggene 19 der oksygenstrømmen langs disse vegger har en tilstrekkelig høy hastighet til å forhindre at faste eller flytende partikler som kastes opp fra metallbadet slår mot veggene 19. Use of the nozzle according to the invention makes it possible to avoid the formation of solid deposits on the inner wall surfaces 19 of the nozzle and which arise due to material thrown up from the surface of the molten metal bath. It has been found that this is due to the fact that the oxygen jet very closely follows the nozzle walls 19 where the oxygen flow along these walls has a sufficiently high speed to prevent solid or liquid particles thrown up from the metal bath from hitting the walls 19.

Arrangementet ifølge oppfinnelsen fremmer også efter forbrenning av CO som avgis fra metallbadet. Således beveger en del av oksygenet som blåses inn gjennom dysen seg hurtig bort fra aksen av overlydsstrålen og reagerer med allerede dannet CO som så oksyderes til C02»Dette efterforbrenningsfenomen tillater at temperaturen i metall-badet økes ennu hurtigere fra den første fase i de-karboniseringsprosessen og tillater derfor at det øyeblikk der dannelsen av emulsjonen av flytende støpejern og gass inntrer, nåes hurtigere. Hvis alle faktorer holdes konstante vil slutt-temperaturen i det flytende støpejern efter dekarboniseringen være 100°C høyere når man benytter en dyse med stabilisert overlydsoksygenstråle ifølge oppfinnelsen istedet for en dyse med ikke-stabilisert overlydsoksygenstråle. The arrangement according to the invention also promotes post-combustion of CO emitted from the metal bath. Thus, part of the oxygen that is blown in through the nozzle moves quickly away from the axis of the supersonic jet and reacts with already formed CO which is then oxidized to C02" This afterburning phenomenon allows the temperature in the metal bath to be increased even faster from the first phase of the de-carbonization process and therefore allows the moment when the formation of the emulsion of liquid cast iron and gas occurs to be reached more quickly. If all factors are kept constant, the final temperature in the liquid cast iron after decarbonisation will be 100°C higher when using a nozzle with a stabilized supersonic oxygen jet according to the invention instead of a nozzle with a non-stabilised supersonic oxygen jet.

Man kan benytte den ekstra varmemengde som oppnås til, til det flytende metall og tilsette en viss mengde fast støpejern og/eller stålavfall i forskjellige former slik som plateavkutt, maskineringsavfall, støpeavfall osv. Slike ting kan tilsettes progressivt enten i løpet av den første fase der temperaturen i det flytende støpejern stiger, eller i løpet av den fase som medfører dannelse og opprettholdelse av emulsjonen, eller eventuelt efter dekarbonisering, for å redusere temperaturen i metallbadet før støping. One can use the extra amount of heat that is obtained for the liquid metal and add a certain amount of solid cast iron and/or steel waste in various forms such as plate scraps, machining waste, casting waste etc. Such things can be added progressively either during the first phase where the temperature in the liquid cast iron rises, or during the phase which leads to the formation and maintenance of the emulsion, or possibly after decarbonisation, in order to reduce the temperature in the metal bath before casting.

Når dimensjonene i dysen ifølge oppfinnelsen blir vesentlige, for det formål å behandle store mengder krom-støpejern eller ikke-legert eller kun lett-legert støpejern, er det fordelaktig at dysen ifølge oppfinnelsen har en andre forbedring som omfatter å utstyre den med en divergerende del som, utover en frustokonisk del har en omdreiningsoverflate rundt den samme akse men der generatrisekurven har en inoverorientert konkav konfigurasjon. When the dimensions of the nozzle according to the invention become significant, for the purpose of processing large quantities of chrome cast iron or non-alloyed or only lightly alloyed cast iron, it is advantageous that the nozzle according to the invention has a second improvement which comprises equipping it with a diverging part which, beyond a frustoconical part has a surface of revolution around the same axis but where the generatrix curve has an inwardly oriented concave configuration.

Figur 3 viser endeområdet av en slik dyse. På samme måte som dysen 16 er dysen 31 som vist i figur 3 utstyrt med en halsdel 32 hvis indre vegg er forbundet i den nedre ende 33 med den frustokoniske del 34 av den divergerende del. Oksygen innføres på den ene side langs halsdelen 32 parallelt med aksen X5X6 i dysen og på den annen side gjennom den ringformede laterale munning 35 fra ringrommet 36; en skrueformet skilledel 47 gir oksygenstrømmen en roterende bevegelse gjennom ringrommet før denne strøm av oksygen passerer gjennom munningen 35. Den frustokoniske del 34 av den divergerende del og som har en vinkel på 65° 1 topp-punktet, er ved hjelp av sin forstørrede ende 38 forbundet med en omdreiningsoverflate 39 som har den samme akse X5X6 som den frustokoniske del 34. Omdreiningsoverflaten 39 har konkav konfigurasjon som er rettet innover slik at vinkelen som dannes av tangenten til generatrisen med henblikk på aksen X5X6 reduseres fra området 38 der forbindelsen er med den frustokoniske del 34 til den ytre kant 40 av den divergerende del. I den i tegningen viste konstruksjon er overflaten 39 i det vesentlige parabolsk. Figure 3 shows the end area of such a nozzle. In the same way as the nozzle 16, the nozzle 31 as shown in Figure 3 is equipped with a neck part 32 whose inner wall is connected at the lower end 33 with the frustoconical part 34 of the diverging part. Oxygen is introduced on the one hand along the neck part 32 parallel to the axis X5X6 in the nozzle and on the other hand through the annular lateral mouth 35 from the annulus 36; a helical separator 47 gives the flow of oxygen a rotary movement through the annulus before this flow of oxygen passes through the mouth 35. The frustoconical part 34 of the diverging part and which has an angle of 65° 1 the top point, by means of its enlarged end 38 connected to a surface of revolution 39 having the same axis X5X6 as the frustoconical part 34. The surface of revolution 39 has a concave configuration which is directed inwards so that the angle formed by the tangent of the generatrix with respect to the axis X5X6 is reduced from the area 38 where the connection is with the frustoconic portion 34 to the outer edge 40 of the divergent portion. In the construction shown in the drawing, the surface 39 is essentially parabolic.

Overlydsoksygenstråledysen ifølge oppfinnelsen og som har de karakteristiske trekk til dysen 31 er egnet for anvendelse ved dekarbonisering av store mengder krom-støpejern ved bruk av den prosess som er beskrevet i FR-PS 2 474 531. Denne dyse er også egnet for behandling av andre typer støpejern slik som ikke-legerte eller kun lett legerte støpejern. The supersonic oxygen jet nozzle according to the invention and which has the characteristic features of the nozzle 31 is suitable for use in the decarbonisation of large quantities of chrome cast iron using the process described in FR-PS 2 474 531. This nozzle is also suitable for treating other types cast iron such as unalloyed or only lightly alloyed cast iron.

Ved å gjøre den konkave overflate 39 som forlenger den frustokoniske del 34, kortere eller mindre, og ved å kontrollere krommingen av denne, er det mulig å kontrollere efterforbrennningsprosessen og å optimaleisere betingelsene for bruken av oksygen avhengig av de forskjellige karakteristika til støpejernet som skal dekarboniseres. By making the concave surface 39 which extends the frustoconical part 34, shorter or smaller, and by controlling the chroming thereof, it is possible to control the afterburning process and to optimize the conditions for the use of oxygen depending on the different characteristics of the cast iron to be decarburized .

Det følgende eksempel beskriver en anvendelsesmåte for dysen ifgølge oppfinnelsen ved dekarbonisering av et krom-støpe jern. The following example describes a method of use for the nozzle according to the invention for decarburizing a chrome-cast iron.

Dette eksempel benytter en dyse ifølge oppfinnelsen slik som dysen 16 ifølge figur 2. Dysen omfatter en halsdel 17 tildannet av et sylindrisk rør med en indre diameter på 20 mm. I nedstrømsenden er halsdelen forbundet med en divergerende del 19 tildannet med frustokonisk konfigurasjon med en topp-vinkel på 65° og med en høyde på 40 mm. En ringformet lateral munnning 20 muliggjør at oksygen passerer inn i halsdelen fra ringrommet 21. This example uses a nozzle according to the invention such as the nozzle 16 according to Figure 2. The nozzle comprises a neck part 17 formed by a cylindrical tube with an inner diameter of 20 mm. At the downstream end, the throat part is connected by a diverging part 19 formed with a frustoconical configuration with an apex angle of 65° and with a height of 40 mm. An annular lateral opening 20 enables oxygen to pass into the neck part from the annulus 21.

De ringformede overflater 22 og 23 som utgjør veggene i den laterale munning 20, ligger i plan loddrett på aksen X3X4 og befinner seg 7 mm fra hverandre. Planet til overflaten 22 befinner seg i en avstand av 10 mm fra omkretsen 18 med hvilken den indre vegg tilhalsdelen 17 forbindes til den frustokoniske divergerende delen 19. Dysen omfatter en skrueformet skilledel 24 anordnet i ringrommet 21. Denne er festet til enden av en ikke vist lanse som mater den med oksygen ved hjelp av to ledninger hvorav en er forbundet med oppstrømsenden av halsdelen mens den andre er forbundet med ringrommet 21. Kontrollmidler sørger for å juster strømningshastig-heten for oksygenn gjennom hver av de ovenfor angitte ledninger. Til slutt foreligger det vanninnløp og utløp som også passerer gjennom lansen og som sørger for sirkulasjon av vann gjennom ringrommene 27 og 28 rundt halsdelen 17, ringrommet 21 og den divergerende del 19. Den ovenfor beskrevne dyse benyttes for dekarbonisering av en masse på 4,2 tonn flytende krom-støpejern hvis initial-temperatur er 1345oC og som inneholdes i en konverter med en indre diamter på ca. 1,4 m.Lansen mot enden av hvilken dysen er festet, er anordnet på en slik måte at aksen X3X4 til dysen i det vesentlige er vertikal mens den ytre kant 30 av den divergerende del 19 befinner seg i en avstand av 210 mm fra overflaten av det flytende metall. Det flytende metall har følgende initialsammensetning i vekt-%: The annular surfaces 22 and 23 which form the walls of the lateral mouth 20 lie in a plane perpendicular to the axis X3X4 and are 7 mm apart. The plane of the surface 22 is located at a distance of 10 mm from the circumference 18 with which the inner wall to the neck part 17 is connected to the frustoconical divergent part 19. The nozzle comprises a screw-shaped separating part 24 arranged in the annular space 21. This is attached to the end of a not shown lance which feeds it with oxygen by means of two lines, one of which is connected to the upstream end of the neck part while the other is connected to the annulus 21. Control means provide for adjusting the flow rate of the oxygen through each of the above-mentioned lines. Finally, there is a water inlet and outlet which also passes through the lance and which ensures the circulation of water through the annulus 27 and 28 around the neck part 17, the annulus 21 and the divergent part 19. The nozzle described above is used for decarbonisation of a mass of 4.2 tonnes of liquid chromium cast iron whose initial temperature is 1345oC and which is contained in a converter with an inner diameter of approx. 1.4 m. The lance towards the end of which the nozzle is attached is arranged in such a way that the axis X3X4 of the nozzle is essentially vertical while the outer edge 30 of the diverging part 19 is at a distance of 210 mm from the surface of the liquid metal. The liquid metal has the following initial composition in % by weight:

Oksygentilførselen oppnås fra et system under et trykk på 10 bar mens den totale strømningshatighet er 13,6 Nm3/min. En fraksjon av 20% av denne strøm tilføres til oppstrømsenden av halsdelen og passerer gjennom denne prallelt med aksen X3X4. The oxygen supply is obtained from a system under a pressure of 10 bar while the total flow rate is 13.6 Nm3/min. A fraction of 20% of this current is supplied to the upstream end of the neck part and passes through it parallel to the axis X3X4.

Resten, nemlig 80%, innføres i ringrommet 21 og passerer inn i halsdelen gjennom den ringformede laterale munning 20. Dette gir så en stabilisert overlydsoksygenstråle ifølge oppfinnelsen. Det flytende jern er til å begynne med dekket med ca. 40 kg. av et slagg på CaO-basis. The rest, namely 80%, is introduced into the annulus 21 and passes into the neck part through the annular lateral mouth 20. This then produces a stabilized supersonic oxygen jet according to the invention. The liquid iron is initially covered with approx. 40 kg. of a CaO-based slag.

Efter at dysen har vært i arbeide i 11 minutter og 20 se-kunder er temperaturen i det flytende metall nådd opp i 1700°C og karboninnholdet nådde 2,6%. Den lille mengde slagg som til å begynne med var tilstede er forskjøvet til kantene av konverteren og overlydsoksygenstrålen treffer direkte på det flytende metall. Det observeres at det så dannes en emulsjon av flytende støpejern og gass og nivå av støpejernet som omdannes til en emulsjon på denne måte stiger ca. 700 mm og passerer således klart dysenivået. Tilførselen av oksygen til dysen fortsetter i yderligere 5 minutter hvorefter oksygen til matingen stanses. Temperaturen i det flytende metallbad er da ca. 1800° og karboninnholdet er 0,2%. Det flytende metall blir efter dekarbonisering på denne måte så på i og for seg kjent måte underkastet vakumbehandling for å redusere karboninnholdet til en sluttverdi på ca. 0,4%. After the nozzle has been in operation for 11 minutes and 20 seconds, the temperature in the liquid metal has reached 1700°C and the carbon content has reached 2.6%. The small amount of slag that was initially present is displaced to the edges of the converter and the supersonic oxygen jet impinges directly on the liquid metal. It is observed that an emulsion of liquid cast iron and gas is then formed and the level of the cast iron which is converted into an emulsion in this way rises approx. 700 mm and thus clearly passes the nozzle level. The supply of oxygen to the nozzle continues for a further 5 minutes, after which the oxygen supply to the nozzle is stopped. The temperature in the liquid metal bath is then approx. 1800° and the carbon content is 0.2%. After decarbonisation in this way, the liquid metal is then subjected to vacuum treatment in a manner known per se to reduce the carbon content to a final value of approx. 0.4%.

På dette trinn viser analyse at stålet som på denne måte er dekarbonisert inneholder mer enn 98% av kromet inneholdt i det opprinnelige støpejern. Det finnes videre at det under bruk av dysen ikke dannes noen vesentlige faste avsetninger på veggene 19 i den divergerende del eller på utsidskanten 30 av denne. At this stage, analysis shows that the steel decarbonized in this way contains more than 98% of the chromium contained in the original cast iron. It is further found that during use of the nozzle no significant solid deposits are formed on the walls 19 of the diverging part or on the outer edge 30 thereof.

Som angitt ovenfor kan det for å behandle store mengder støpejern istedet for dysen med den frustokoniske divergerende del som vist ved figur 2 være fordelaktig å benytte en dyse som vist i figur 3 og som utover den frustokoniske del har en rotasjonsoverflate rundt samme akse der generatrisekurven har en innoverrettet konkav konfiguras jon. As indicated above, in order to process large quantities of cast iron, instead of the nozzle with the frustoconical diverging part as shown in Figure 2, it may be advantageous to use a nozzle as shown in Figure 3 which, beyond the frustoconical part, has a surface of rotation around the same axis where the generatrix curve has an inwardly directed concave configuration.

Mange modifikasjoner kan gjennomføres med dysen ifølge oppfinnelsen. Det skal når det gjelder det ovenfor angitte eksempel bemerkes at tverrsnittsarealet for den laterale munning er ca. 440 mm mens den til halsdelen er 314 mm . I praksis er forholdet mellom tverrsnittsarealene for den laterale munning og halsdelen fortrinnsvis mellom 1,2 og 1,6. Many modifications can be made with the nozzle according to the invention. It should be noted with regard to the example given above that the cross-sectional area for the lateral mouth is approx. 440 mm while that for the neck part is 314 mm. In practice, the ratio between the cross-sectional areas of the lateral mouth and the neck part is preferably between 1.2 and 1.6.

Videre kan på samme måte fordeling av den totale strømningsmengde oksygen mellom det akseale innløp mellom halsdelen i dysen og oksygeninnløpet gjennom den laterale munning, variere innen vide grenser. Erfaring har vist at den mengde oksygen som innføres gjennom den laterale munning fortrinnsvis er større enn 50% av den totale strømningsmengde. Spesielt kanoksygentilmatningen gjennomføres kun gjennom den laterale munningmens det akseale innløp av oksygen utelates. Furthermore, in the same way, distribution of the total flow amount of oxygen between the axial inlet between the neck part of the nozzle and the oxygen inlet through the lateral mouth can vary within wide limits. Experience has shown that the amount of oxygen introduced through the lateral mouth is preferably greater than 50% of the total flow amount. In particular, the oxygen supply is carried out only through the lateral mouth, while the axial inlet of oxygen is omitted.

Selv om dysene ifølge oppfinnelsen som gir stabiliserte overlydsoksygenstråler i spesielt gunstige resultater når deres divergerende del har form av en stump kjegle med en topp-punktvinkel på 60 til 70° er det også mulig å fremstille dyser ifølge oppfinnelsen der den divergerende del har vesentlige andre karakteristika. Videre er det i enkelte tilfeller mulig å benytte den akseale passasje gjennom halsdelen for tilflytende metall og tilføre fluid i forskjellige fra oksygen slik som nøytral eller reaktive gasser, væskler eller faste stoffer som fortrinnsvis har pulver- eller granulærform. De faste stoffer kan eventuelt føres med gjennom dysen ved hjelp av en strøm av oksygen eller et annet fluid. Således er det mulig gjennom dysen ifølge oppfinelsen å ta sikte på å føre inn elementer eller forbindelser for behandling av smeltede metallbad eller additivelementer for modifisering av sammensetningen til disse. Although the nozzles according to the invention which provide stabilized supersonic oxygen jets in particularly favorable results when their diverging part has the shape of a blunt cone with a top-point angle of 60 to 70°, it is also possible to produce nozzles according to the invention where the diverging part has significant other characteristics . Furthermore, in some cases it is possible to use the axial passage through the neck part for inflowing metal and supply fluid in different forms from oxygen such as neutral or reactive gases, liquids or solids which are preferably in powder or granular form. The solids can optionally be carried through the nozzle by means of a stream of oxygen or another fluid. Thus, it is possible through the nozzle according to the invention to aim at introducing elements or compounds for the treatment of molten metal baths or additive elements for modifying the composition thereof.

Mange modifikasjoner kan gjennomføres med dysen ifølge oppfinnelsen uten derved å gå utenfor oppfinnelsens ramme. Many modifications can be carried out with the nozzle according to the invention without thereby going outside the scope of the invention.

Claims

1. Nozzle for the decarbonisation of cast iron by means of a supersonic oxygen jet comprising a neck part and a frustoconically diverging part where the vertex angle is between 60° and 70°, characterized in that the wall in the neck part (3) of the nozzle is equipped with at least one lateral mouth (4) which connects the interior (10) of the neck part (3) with an annulus (6) which is connected to an oxygen inlet (11).

2. Nozzle according to claim 1, characterized in that at least 50% of the oxygen fed to the nozzle passes through the lateral mouth.

3. Nozzle according to claim 1, characterized in that 70 to 100% of the oxygen fed to the nozzle passes through the lateral mouth.

4. Nozzle according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a second oxygen inlet (A2) through an axial passage (9) arranged in line with the neck part.

5. Nozzle according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the frustoconical part (34) of the diverging part is extended by a revolution surface (39) whose generatrix curve has an inward-overward oriented concave configuration.

6. Nozzle according to claim 5, characterized in that the surface of revolution is parapolish.

7. Nozzle according to any one of claims 1 to 6, characterized in that at least one deflection element for the oxygen flow passing into the neck part through the lateral mouth is arranged to give the gas flow a tangential component in the direction of movement with respect to the nozzle axis.

8. Nozzle according to claim 7, characterized in that the deflection device for the gas flow is formed by at least one radial dividing part (24) which is inclined with respect to the generatrix in the neck part and which is arranged in the space around the neck part.

9. Nozzle according to claim 8, characterized in that the radial separating element is a threaded separating part (24,37).

10. Nozzle according to any one of claims 7 to 9, characterized in that a deflector device is formed at the separating element which is arranged in the lateral mouth and which is deflected transversely with respect to the radial direction.

11. Nozzle according to any one of claims 7 to 9, characterized in that a reflector device comprises a series of lateral openings arranged around the neck part whose pattern constitutes the lateral opening and whose axes are not radial but inclined with respect to the radii from the nozzle axis.

12. Use of a nozzle according to any one of claims 1 to 11 for the decarburization of chrome cast iron.

13. Use of the nozzle according to any one of claims 1 to 11 for the decarburization of non-alloyed or only lightly alloyed cast irons.