WO2001046479A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontrollierten eindüsen eines gasese in ein matallurgisches gefäss - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kontrollierten eindüsen eines gasese in ein matallurgisches gefäss Download PDF

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WO2001046479A1
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gas
section
cross
supply means
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Kurt Wieder
Johann Wurm
Mohamed Tarek El-Rayes
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Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh & Co
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Definitions

  • the invention relates to a method for feeding a gas into a metallurgical vessel, a condensable or vaporizable component being carried in the gaseous and / or liquid state by the gas and the gas being fed to the metallurgical vessel via one or more gas feed means, and a gas feed means to carry out the procedure.
  • Metallurgical vessels in particular smelting gasifiers, are supplied with an oxygen-containing gas, such as air or air enriched with oxygen or technical oxygen, via gas nozzles.
  • an oxygen-containing gas such as air or air enriched with oxygen or technical oxygen
  • This component is usually formed by water or water vapor.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method according to the preamble of claim 1, in which possible damage to the gas supply means are greatly reduced or completely prevented. This object is achieved in that a number of the gas supply means in each of these gas supply means
  • the gas velocity is continuously increased in a first section
  • the method according to the invention reliably enables liquid condensed from the gas phase to be distributed uniformly in the gas stream, since the deposition of a liquid film in the vortex zone is no longer possible. A redeposition of a liquid film after the vortex zone is also no longer possible due to the then existing flow conditions and temperatures.
  • the method according to the invention also makes it possible to use the component in the liquid state, for example to spray it into the gas stream. By saving a separate evaporation step, cost savings can be achieved.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is that the gas is formed by oxygen, in particular technical oxygen, as is obtained, for example, from an air separation plant.
  • the condensable or evaporable component is preferably formed by water vapor or water.
  • the gas velocity is kept essentially constant for a while after the first section and before the swirl zone. According to a further advantageous embodiment, the gas velocity is kept essentially constant for a time before the first section.
  • the gas velocity is kept substantially constant or slightly falling over the outflow section.
  • the invention also relates to a gas supply means for supplying a gas into a metallurgical vessel, the gas supply means being penetrated by a flow channel along a central longitudinal axis, and a condensable or vaporizable component being carried by the gas.
  • such a gas supply means is characterized in accordance with the invention in that the flow channel - based on a certain cross section - at least
  • An outflow section which is arranged downstream of the cross-sectional expansion in the gas flow direction, and wherein
  • the cross-sectional widening in the gas flow direction is preceded by a tapered section which has a flow cross section tapering in the gas flow direction.
  • a sudden increase in cross-section means a sudden increase in the diameter of the flow channel in the direction of gas flow. Due to the turbulence and turbulence that occur in the gas, gas components that were incompletely mixed with the gas up to this point are thoroughly mixed with the gas. In addition to this, any liquid deposits on the inner wall of the flow channel are torn off from this and also distributed evenly in the gas. It is neither necessary for the method according to the invention nor for the gas supply means according to the invention that all of the sections of a gas supply means mentioned above and below are structurally combined in one nozzle.
  • the first section or the tapering section in front of the nozzle and the outflow section after the nozzle.
  • the shorter service life of the nozzle and / or the refractory material resulting from this less optimal arrangement can nevertheless be sufficient for certain applications.
  • an intermediate section with an essentially constant flow cross section is arranged between the tapered section and the abrupt cross-sectional expansion.
  • the abrupt cross-sectional widening is at an optimum distance from the melter gasifier-side opening of the gas supply means, for optimum swirling and avoiding a liquid film in the outflow section.
  • the abrupt cross-sectional widening is advantageously designed such that the increase in the flow cross-section at the abrupt cross-sectional widening - based on the longitudinal axis of the flow channel - has an average gradient ⁇ of at least 60 °, preferably of at least 75 °.
  • a step is formed on the inner wall of the flow channel, which ensures sufficient atomization of deposited or entrained liquid and then sufficient swirling and mixing of the gas components.
  • the increase in the flow cross-section at the sudden cross-sectional widening has an average gradient ⁇ of essentially 90 °.
  • 90 ° does not represent the maximum upper limit for the gradient ⁇ , even higher values for ⁇ lead to embodiments which may be expedient. From higher values for ⁇ this results in a sharper tear-off edge, but this edge wears more easily at ⁇ > 90 ° than at ⁇ ⁇ 90 °.
  • the tapering section is preceded by an inflow section with a substantially constant gas flow cross section in the gas flow direction.
  • Another aspect of the present invention relates to a device for supplying a gas to a metallurgical vessel, the device comprising one or more gas supply means according to the invention, as well as gas supply lines to the gas supply means and means for introducing a condensable or vaporizable component into the gas supply means.
  • the invention therefore also relates to an insert for converting a nozzle known from the prior art, the nozzle channel of which at least
  • a tapered section the outflow section is arranged upstream and which - tapering towards the cross section of the outflow section - is designed to taper in the gas flow direction.
  • Such an insert is characterized in that a gas flow channel is guided through the insert along an axis which - when the insert is inserted into the nozzle - coincides with the central longitudinal axis of the nozzle and at least a portion of the inner contour of the tapered section is formed by the outer contour of the insert is reproduced and wherein the cross section of the gas flow channel is tapered in the gas flow direction and the outlet opening is provided with a tear-off edge, whereby - when the insert is inserted into the nozzle - one of the tapered section in the gas flow direction downstream abrupt cross-sectional expansion of the gas flow channel is formed.
  • the tear-off edge is to be understood here to mean the explanations given above for the sudden expansion of the cross-section.
  • the insert described above can be easily inserted into an existing nozzle, for example during a maintenance shutdown with the gas supply line removed. Since the outer contour of the insert is precisely shaped to match the inner contour of the nozzle channel, in particular the tapered section or at least a part thereof, the insert is pressed against the tapered section by the gas pressure when the nozzle is started up.
  • the outer contour of the insert additionally simulates a partial area of the inner contour of the outflow section, the inner contour of which then forms the intermediate section of the converted nozzle.
  • a partial area of the inflow section is simulated by the outer contour of the insert.
  • either the location of the tear-off edge or the sudden cross-sectional widening in the converted nozzle is determined and / or an overall more solid, easier-to-handle and precisely fit part can be created in the nozzle ,
  • nozzles of the device according to the invention have a smaller cross section immediately before the sudden increase in cross section.
  • the consequence of this is that the admission pressure in the supply line supplying the nozzle is higher than in the prior art and therefore - with constant supply pressure - the pressure difference at the flow control element, which occurs the nozzle is lower.
  • This flow control element which throttles the supply pressure in a common supply line to the pre-pressure prevailing in the supply lines for all nozzles, always has the disadvantage of a high level of noise. Since the pressure difference between supply pressure and pre-pressure is now smaller, the noise development is also reduced.
  • Another advantage of the invention is that the system as a whole becomes stiffer, i.e. that immediately before the narrowest nozzle cross-section there is a higher pressure, whereby the nozzle is penetrated by liquid phase, e.g. molten pig iron, is freed of it more quickly and thus nozzle damage is reduced.
  • liquid phase e.g. molten pig iron
  • Fig. 3 shows a cross section through a nozzle according to the prior art, which is modified by an insert.
  • a nozzle 1 passes through the jacket 2 of a metallurgical vessel, for example a melter gasifier.
  • the nozzle 1 is formed by a water-cooled nozzle body 13.
  • a nozzle channel 6, which consists of several sections 3, 4, 5 and which is essentially rotationally symmetrical to a central longitudinal axis 7 of the nozzle channel 6, is guided through the nozzle body 13.
  • the inflow section 3 has an essentially constant cross section, which is continuously reduced in the gas flow direction 12 in a subsequent tapering section 4. Until the gas flows into the Melting gasifier, the flow cross section in an outflow section 5 is kept essentially constant.
  • the nozzle 1 ′ shown in FIG. 2 also has an inflow section 3 with an essentially constant flow cross section, which is continuously reduced in a tapering section 4 in the gas flow direction 12.
  • An intermediate section 8 with a constant cross section adjoins the taper section 4.
  • the intermediate section 8 is followed by a sudden cross-sectional widening 9, which is shown in the drawing as a right-angled recess 9 in the inner wall of the nozzle. It is essential that the step formed by the recess 9 is not too high, that is to say that the difference between the two diameters before and after the recess 9 is not too large, so that the pressure loss does not become too high. It is also essential that the recess 9 is provided with a sharp tear-off edge in order to ensure adequate atomization.
  • a ratio of the two diameters of 1: 1.05 to 1: 1.25 has proven to be particularly advantageous.
  • the abrupt cross-sectional widening 9 is followed by an outflow section 5, again with a substantially constant cross-section, the zone immediately following the cross-sectional widening 9 representing the vortex zone 10, in which gas and entrained component are intimately mixed.
  • the inlet pressure P 2 prevails in the inflow section 3, which drops over the entire remaining length of the nozzle channel 6 to the system internal pressure P Sy ste m by the pressure difference ⁇ P 2 .
  • ⁇ P 2 is greater than ⁇ P ⁇ , so that P 2 > P ⁇ and thus the pressure difference from P 2 to the supply pressure (which, like P system , is the same in both cases), is lower than in the prior art.
  • the nozzle 1 shown in FIG. 3 has an insert 11 through which an as shown in FIG. 1 is upgraded to a nozzle 1 'according to the invention.
  • the inner contour of the entire original tapered section 4, as well as a part of the inflow 3 and outflow section 5 are reproduced with a perfect fit.
  • the inner contour of the insert 11 is designed such that it in turn has a taper section 4 'and an intermediate section 8.
  • the retrofitting of nozzles 1 can be carried out in a simple manner during a maintenance shutdown of the melting gasifier by inserting the insert into the nozzle channel 6 from the outside with the supply line removed.
  • FIG. 4 shows two design variants of the cross-sectional expansion in detail, the increase in the flow cross-section with respect to the longitudinal axis 7 having an increase ⁇ of 90 ° in FIG. 4a and an increase ⁇ of 70 ° in FIG. 4b.
  • FIG. 5 of the approximately 20 to 30 oxygen nozzles which penetrate the jacket of a melter gasifier at a certain height and approximately equally spaced from one another, two nozzles 1 'are shown in an exemplary manner.
  • Each of the nozzles 1 ' is provided with at least one gas supply line 14, through which the nozzle 1' is supplied with oxygen or oxygen-containing gas.
  • a common supply line 15 the oxygen supply pressure to the prevailing pressure in the ring line 17 and the gas supply lines 14 is then throttled P 2 by a flow control element 16.
  • the ring line 17 then also supplies all other gas supply lines or nozzles (not shown here in the drawing) with oxygen.
  • the nozzles 1 ' are provided with a means 18 for introducing water or water vapor. In the simplest case, this means 18 is designed as a water or water vapor line which opens into the nozzle channel.
  • the direction of the introduction of water or water vapor can expediently both in, against, and normal to the gas flow direction within the nozzle channel respectively.
  • water is injected into the nozzle channel in the gas flow direction.

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Abstract

Die Erfindung betriff ein Verfahren zum Zuführen eins Gases in ein metallurgisches Gefäss, wobei von dem Gas eine kondensierbare bzw. verdampfbare Komponente in gasförmigem und/oder flüssigem Zustand mitgeführt wird und das Gas dem metallurgischen Gefäss über eines oder mehrere Gaszuführungsmittel zugeführt wird, wobei bei einer Anzahl der Gaszuführungsmittel die Gasgeschwindigkeit in einem ersten Abschnitt kontinuierlich erhöht wird, das Gas in einer Wirbelzone mit der kondensierbaren bzw. verdampfbaren Komponente innig vermischt wird, die Gasgeschwindigkeit in einem Ausströmabschnitt im wesentlichen konstant gehalten wird und das mit der mitgeführten Komponente innig vermischte Gas in das metallurgische Gefäss eingeblasen wird, sowie ein Gaszuführungsmittel zur Durchführung des Verfahrens. Das erfindungsgemässe Verfahren und das erfindungsgemässe Gaszuführungsmittel gestatten die Verhinderung bzw. Verringerung von Düsenschäden.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM KONTROLLIERTEN EINDÜSEN EINES GASES IN EIN MATALLURGISCHES GEFÄSS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei von dem Gas eine kondensierbare bzw. verdampfbare Komponente in gasförmigem und/oder flüssigem Zustand mitgeführt wird und das Gas dem metallurgischen Gefäß über ein oder mehrere Gaszuführungsmittel zugeführt wird, sowie ein Gaszuführungsmittel zur Durchführung des Verfahrens.
Metallurgischen Gefäßen, insbesondere Einschmelzvergasern, wird über Gasdüsen ein sauerstoffhaltiges Gas, etwa Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technischer Sauerstoff, zugeführt. Zur Prozesskontrolle und Verfahrensbeeinflussung ist es erforderlich, zusammen mit dem jeweiligen Gas eine kondensierbare bzw. verdampf bare Komponente in das metallurgische Gefäß einzublasen. Diese Komponente wird in der Regel von Wasser bzw. Wasserdampf gebildet.
Einem Einschmelzvergaser wird Wasserdampf zugeführt, um dadurch die Flammentemperaturen an den Sauerstoffdüsen beeinflussen zu können. Da Wasserdampf nicht immer verfügbar ist, besteht eine weitere Möglichkeit darin, flüssiges Wasser in zerstäubter Form zuzuführen. Neben der endothermen Vergasungsreaktion (H2O + C ==> H2 + CO), welche in jedem Fall stattfindet, dient - im Fall von Wasser in flüssigem Zustand - zusätzlich die nach dem Einblasen aufzubringende Verdampfungswärme zur Temperaturbeeinflussung.
Bei beiden Maßnahmen besteht allerdings die Gefahr, dass kondensiertes bzw. noch flüssiges Wasser durch den Düsenkanal bis zum Feuerfestmaterial des Einschmelzvergasers fließt und dort das Mauerwerk beschädigt. Ein vorzeitiges Zerstäuben löst dieses Problem nicht, da immer wieder Wasser an die Innenwand des Düsenkanals gelangt und dort einen Wasserfilm ausbildet.
Die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es daher, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei welchem mögliche Beschädigungen an den Gaszuführungsmitteln stark verringert bzw. ganz verhindert werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Anzahl der Gaszuführungsmittel in jedem dieser Gaszuführungsmittel
• die Gasgeschwindigkeit in einem ersten Abschnitt kontinuierlich erhöht wird,
• das Gas in einer Wirbelzone mit der kondensierbaren bzw. verdampfbaren Komponente innig vermischt wird, und
• das mit der mitgeführten Komponente innig vermischte Gas in das metallurgische Gefäß eingeblasen wird.
Falls die Komponente in ursprünglich gasförmigem Zustand eingesetzt wird, ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig, aus der Gasphase kondensierte Flüssigkeit im Gasstrom gleichmäßig zu verteilen, da die Ablagerung eines Flüssigkeitsfilmes in der Wirbelzone nicht mehr möglich ist. Eine Wiederablagerung eines Flüssigkeitsfilmes nach der Wirbelzone ist aufgrund der dann bereits herrschenden Strömungsverhältnisse und Temperaturen ebenfalls nicht mehr möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es weiters, die Komponente in flüssigem Zustand einzusetzen, beispielsweise in den Gasstrom einzusprühen. Durch die Einsparung eines separaten Verdampfungsschrittes lassen sich Kosteneinsparungen erzielen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Gas von Sauerstoff, insbesondere technischem Sauerstoff, wie er beispielsweise aus einer Luftzerlegungsanlage erhalten wird, gebildet wird.
Bevorzugterweise wird dabei die kondensierbare bzw. verdampfbare Komponente von Wasserdampf bzw. Wasser gebildet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Gasgeschwindigkeit nach dem ersten Abschnitt und vor der Wirbelzone eine Zeitlang im wesentlichen konstant gehalten. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Gasgeschwindigkeit vor dem ersten Abschnitt eine Zeitlang im wesentlichen konstant gehalten.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge wird die Gasgeschwindigkeit über den Ausströmabschnitt im wesentlichen konstant oder leicht fallend gehalten.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Gaszuführungsmittel zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei das Gaszuführungsmittel entlang einer zentralen Längsachse von einem Strömungskanal durchsetzt ist, und wobei von dem Gas eine kondensierbare bzw. verdampfbare Komponente mitgeführt wird.
Bei diesem Gaszuführungsmittel sollen mögliche Beschädigungen im Betrieb stark verringert bzw. ganz verhindert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Gaszuführungsmittei erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal - ausgehend von einem bestimmten Querschnitt - zumindest
• eine sprunghafte Querschnittserweiterung des Strömungskanals und
• einen Ausströmabschnitt, welcher der Querschnittserweiterung in Gasströmungsrichtung nachgeordnet ist aufweist, und wobei
der Querschnittserweiterung in Gasströmungsrichtung ein Verjüngungsabschnitt vorgeordnet ist, der einen sich in Gasströmungsrichtung verjüngenden Strömungsquerschnitt aufweist.
Unter einer sprunghaften Querschnittserweiterung ist dabei eine in Gasströmungsrichtung erfolgende plötzliche Erhöhung des Durchmessers des Strömungskanals zu verstehen. Durch die dabei im Gas auftretenden Verwirbelungen und Turbulenzen werden Gasbestandteile, die bis zu diesem Ort mit dem Gas unvollständig vermischt waren, innig mit dem Gas durchmischt. Zusätzlich dazu werden etwaige Flüssigkeitsablagerungen an der Innenwand des Strömungskanals von dieser abgerissen und ebenfalls gleichmäßig im Gas verteilt. Es ist weder für das erfindungsgemäße Verfahren, noch für das erfindungsgemäße Gaszuführungsmittel erforderlich, dass alle zuvor und nachstehend erwähnten Abschnitte eines Gaszuführungsmittels baulich in einer Düse vereint sind.
So ist es beispielsweise möglich, den ersten Abschnitt bzw. den Verjüngungsabschnitt vor der Düse und den Ausströmabschnitt nach der Düse anzuordnen. Die aus dieser weniger optimalen Anordnung resultierende geringere Standzeit der Düse und/oder des Feuerfestmaterials kann für bestimmte Anwendungen dennoch ausreichend sein.
Einer vorteilhaften Ausgestaltungsform zufolge ist zwischen dem Verjüngungsabschnitt und der sprunghaften Querschnittserweiterung ein Zwischenabschnitt mit im wesentlichen konstantem Strömungsquerschnitt angeordnet.
Durch diesen Zwischenabschnitt befindet sich die sprunghafte Querschnittserweiterung in einem - für eine optimale Verwirbelung und Vermeidung eines Flüssigkeitsfilmes im Ausströmabschnitt - optimalen Abstand von der Einschmelzvergaser-seitigen Öffnung des Gaszuführungsmittels.
Die sprunghafte Querschnittserweiterung ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass der Anstieg des Strömungsquerschnittes an der sprunghaften Querschnittserweiterung - bezogen auf die Längsachse des Strömungskanals - eine mittlere Steigung α von zumindest 60°, vorzugsweise von zumindest 75°, aufweist.
Bei einer Steigung α von zumindest 60° wird an der Innenwand des Strömungskanals eine Stufe ausgebildet, welche eine ausreichende Zerstäubung von abgelagerter oder mitgeführter Flüssigkeit und danach eine ausreichende Verwirbelung und Durchmischung der Gaskomponenten sicherstellt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Anstieg des Strömungsquerschnittes an der sprunghaften Querschnittserweiterung eine mittlere Steigung α von im wesentlichen 90° aufweist.
90° stellt nicht die maximale obere Grenze für die Steigung α dar, auch höhere Werte für α führen zu unter Umständen zweckmäßigen Ausführungsformen. Aus höheren Werten für α resultiert zwar eine schärfere Abrisskante, allerdings verschleißt diese Kante bei α > 90° auch leichter als bei α < 90°.
Gemäß einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Gaszuführungsmittels ist dem Verjüngungsabschnitt in Gasströmungsrichtung ein Einströmabschnitt mit im wesentlichen konstantem Gasströmungsquerschnitt vorgeordnet.
Ein weiterer Aspekt der gegenständlichen Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere erfindungsgemäße Gaszuführungsmittel umfasst, sowie Gaszuleitungen zu den Gaszuführungsmitteln und Mittel zum Einbringen einer kondensierbaren bzw. verdampfbaren Komponente in die Gaszuführungsmittel.
Um sich die Vorteile der Erfindung nutzbar machen zu können, soll es nicht erforderlich sein, bereits existierende Düsen komplett gegen erfindungsgemäße Gaszuführungsmittel auszutauschen. Es soll vielmehr auf einfache und kostensparende Weise möglich sein, existierende Düsen zu erfindungsgemäßen Gaszuführungsmitteln umzurüsten.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Einsatzstück zum Umrüsten einer aus dem Stand der Technik bekannten Düse, deren Düsenkanal zumindest
• einen Ausströmabschnitt und
• einen Verjüngungsabschnitt, dem Ausströmabschnitt vorgeordnet ist und welcher - zum Querschnitt des Ausströmabschnittes hin - in Gasströmungsrichtung verjüngend ausgeführt ist, aufweist.
Ein solches Einsatzstück ist dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Achse, welche - bei in die Düse eingesetztem Einsatzstück - mit der zentralen Längsachse der Düse zusammenfällt, ein Gasströmungskanal durch das Einsatzstück geführt ist und wobei durch die Aussenkontur des Einsatzstückes zumindest ein Teilbereich der Innenkontur des Verjüngungsabschnittes nachgebildet ist und wobei der Querschnitt des Gasströmungskanals in Gasströmungsrichtung verjüngend ausgeführt ist und wobei die Austrittsöffnung mit einer Abrisskante versehen ist, wodurch - bei in die Düse eingesetztem Einsatzstück - eine dem Verjüngungsabschnitt in Gasströmungsrichtung nachgeordnete sprunghafte Querschnittserweiterung des Gasströmungskanals ausgebildet ist.
Unter Abrisskante sind hier demnach sinngemäß die weiter oben gemachten Ausführungen zur sprunghaften Querschnittserweiterung zu verstehen. Das oben beschriebene Einsatzstück kann auf einfache Weise in eine bestehende Düse eingeschoben werden, etwa während eines Wartungsstillstandes bei entfernter Gaszuführungsleitung. Da die Außenkontur des Einsatzstückes passgenau der Innenkontur des Düsenkanals, und zwar insbesondere des Verjüngungsabschnittes bzw. zumindest eines Teiles davon, nachgeformt ist, wird bei Inbetriebnahme der Düse das Einsatzstück durch den Gasdruck gegen den Verjüngungsabschnitt gepresst.
Der Gasströmungskanal, bzw. sein sich in Gasströmungsrichtung verjüngender Teil bildet dann den Verjüngungsabschnitt der umgerüsteten Düse, während die Abrisskante des Einsatzstückes die sprunghafte Querschnittserweiterung der Düse bildet.
Vorteilhafterweise ist durch die Außenkontur des Einsatzstückes zusätzlich ein Teilbereich der Innenkontur des Ausströmabschnittes nachgebildet, dessen Innenkontur dann den Zwischenabschnitt der umgerüsteten Düse bildet.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform durch die Außenkontur des Einsatzstückes ein Teilbereich des Einströmabschnittes nachgebildet.
Abhängig davon, welche zusätzlichen Teilbereiche von Abschnitten durch die Aussenkontur des Einsatzstückes nachgebildet sind, wird davon entweder der Ort der Abrisskante bzw. der sprunghaften Querschnittserweiterung in der umgerüsteten Düse bestimmt und/oder ein insgesamt massiveres, leichter handhabbares und passgenau in die Düse einsetzbares Teil geschaffen.
Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Düsen weisen Düsen der erfindungsgemäßen Vorrichtung unmittelbar vor der sprunghaften Querschnittserhöhung einen geringeren Querschnitt auf. Dies hat zur Folge, dass der Vordruck in der die Düse versorgenden Zuführleitung gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist und daher - bei konstantem Versorgungsdruck - die Druckdifferenz am Flussregelorgan, welches sich vor den Düsen befindet, geringer ist. Dieses Flussregelorgan, welches für alle Düsen den Versorgungsdruck in einer gemeinsamen Versorgungsleitung auf den in den Zuführleitungen herrschenden Vordruck drosselt, weist stets den Nachteil einer großen Lärmentwicklung auf. Da nun die Druckdifferenz zwischen Versorgungsdruck und Vordruck kleiner ist, ist auch die Lärmentwicklung verringert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das System insgesamt steifer wird, d.h. dass unmittelbar vor dem engsten Düsenquerschnitt ein höherer Druck herrscht, wodurch die Düse bei einem Eindringen von Flüssigphase, z.B. flüssigem Roheisen, schneller wieder davon befreit wird und damit Düsenschäden reduziert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt dabei einen Querschnitt durch eine Düse nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Düse,
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Düse nach dem Stand der Technik, die durch einen Einsatz modifiziert ist.
Fig. 4 zeigt Ausführungsvarianten der Querschnittserweiterung.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Teil der gesamten Vorrichtung zum Einblasen eines Gases
In Fig. 1 durchsetzt eine Düse 1 den Mantel 2 eines metallurgischen Gefäßes, beispielsweise eines Einschmelzvergasers. Die Düse 1 wird von einem wassergekühlten Düsenkörper 13 gebildet. Durch den Düsenkörper 13 ist ein Düsenkanal 6 geführt, welcher aus mehreren Abschnitten 3,4,5 besteht und welcher im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer zentralen Längsachse 7 des Düsenkanals 6 ist.
Der Einströmabschnitt 3 weist dabei einen im wesentlichen konstanten Querschnitt auf, welcher sich in einem darauffolgenden Verjüngungsabschnitt 4 kontinuierlich in Gasströmungsrichtung 12 verringert. Bis zum Einströmen des Gases in den Einschmelzvergaser wird der Strömungsquerschnitt in einem Ausströmabschnitt 5 im wesentlichen konstant gehalten.
Im Einströmabschnitt 3 herrscht der Vordruck P^ welcher über die gesamte restliche Länge des Düsenkanals 6 zum Systeminnendruck PSystem um die Druckdifferenz ΔPT abfällt.
Die in Fig. 2 dargestellte Düse 1 ' weist ebenfalls einen Einströmabschnitt 3 mit im wesentlichen konstantem Strömungsquerschnitt auf, welcher in einem Verjüngungsabschnitt 4 kontinuierlich in Gasströmungsrichtung 12 verringert wird. An den Verjüngungsabschnitt 4 schließt hier ein Zwischenabschnitt 8 mit gleichbleibendem Querschnitt an. Auf den Zwischenabschnitt 8 folgt eine sprunghafte Querschnittserweiterung 9, welche in der Zeichnung als rechtwinkeliger Rücksprung 9 in der Düseninnenwand ausgeführt ist. Es ist dabei wesentlich, dass die von dem Rücksprung 9 gebildete Stufe nicht zu hoch ausgeführt ist, dass also die Differenz der beiden Durchmesser vor und nach dem Rücksprung 9 nicht zu groß ist, damit der Druckverlust nicht zu hoch wird. Es ist weiters wesentlich, dass der Rücksprung 9 mit einer scharfen Abrisskante versehen ist, um eine ausreichende Zerstäubung zu gewährleisten.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Verhältnis der beiden Durchmesser von 1 :1 ,05 bis 1 :1 ,25 erwiesen.
An die sprunghafte Querschnittserweiterung 9 schließt ein Ausströmabschnitt 5 mit wiederum im wesentlichen konstantem Querschnitt an, wobei die an die Querschnittserweiterung 9 unmittelbar anschließende Zone die Wirbelzone 10 darstellt, in der Gas und mitgeführte Komponente innig durchmischt werden.
Hier herrscht im Einströmabschnitt 3 der Vordruck P2, welcher über die gesamte restliche Länge des Düsenkanals 6 zum Systeminnendruck PSystem um die Druckdifferenz ΔP2 abfällt. ΔP2 ist aber größer als ΔP^ sodaß auch P2 > P^ und somit die Druckdifferenz von P2 zum Versorgungsdruck (der ebenso wie PSystem in beiden Fällen gleich ist), geringer als beim Stand der Technik ist. Die in Fig. 3 dargestellte Düse 1 weist einen Einsatz 1 1 auf, durch den eine wie in Fig. 1 dargestellte zu einer erfindungsgemäßen Düse 1 ' aufgerüstet ist.
Durch die Außenkontur des Einsatzstückes 11 sind die Innenkontur des gesamten ursprünglichen Verjüngungsabschnittes 4, sowie jeweils eines Teiles des Einström- 3 und Ausströmabschnittes 5 passgenau nachgebildet. Die Innenkontur des Einsatzstückes 11 ist dabei derart ausgebildet, dass sie wiederum einen Verjüngungsabschnitt 4' und einen Zwischenabschnitt 8 aufweist.
Das Nachrüsten von Düsen 1 kann während eines Wartungsstillstandes des Einschmelzvergasers in einfacher Weise erfolgen, in dem der Einsatz bei entfernter Zuführungsleitung von außen in den Düsenkanal 6 eingeschoben wird.
Fig. 4 zeigt zwei Ausführungsvarianten der Querschnittserweiterung im Detail, wobei bei Fig. 4a der Anstieg des Strömungsquerschnitts bezogen auf die Längsachse 7 eine Steigung α von 90° und bei Fig. 4b eine Steigung α von 70° aufweist.
In Fig. 5 sind von den etwa 20 bis 30 Sauerstoffdüsen, die den Mantel eines Einschmelzvergasers in einem bestimmten Höhenabschnitt und etwa gleichmäßig voneinander beabstandet durchsetzen, in beispielhafter Weise zwei Düsen 1 ' dargestellt. Jede der Düsen 1' ist mit zumindest einer Gaszuleitung 14 versehen, durch welche die Düse 1' mit Sauerstoff bzw. sauerstoffhältigem Gas versorgt wird.
In einer gemeinsamen Versorgungsleitung 15 wird durch ein Flussregelorgan 16 der Sauerstoff-Versorgungsdruck auf den in der Ringleitung 17 und den Gaszuleitungen 14 herrschenden Vordruck ist das dann P2 gedrosselt. Die Ringleitung 17 versorgt dann auch alle anderen (hier zeichnerisch nicht dargestellten) Gaszuleitungen, bzw. Düsen, mit Sauerstoff. Die Düsen 1 ' sind mit einem Mittel 18 zum Einbringen von Wasser oder Wasserdampf versehen. Dieses Mittel 18 ist im einfachsten Fall als Wasser- bzw. Wasserdampfleitung ausgebildet, die in den Düsenkanal mündet.
Die Richtung der Wasser- bzw. Wasserdampfeinbringung kann in zweckmäßiger Weise sowohl in, gegen, als auch normal zur Gasströmungsrichtung innerhalb des Düsenkanals erfolgen. In bevorzugter Weise wird Wasser in Gasströmungsrichtung innerhalb des Düsenkanals in diesen eingedüst.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern umfasst auch alle dem Fachmann bekannten Mittel, die zur Ausführung der Erfindung herangezogen werden können.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei von dem Gas eine kondensierbare und/oder verdampfbare Komponente in gasförmigem und/oder flüssigem Zustand mitgeführt wird und das Gas dem metallurgischen Gefäß über eines oder mehrere Gaszuführungsmittel zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl der Gaszuführungsmittel in jedem dieser Gaszuführungsmittel
• die Gasgeschwindigkeit in einem ersten Abschnitt kontinuierlich erhöht wird,
• das Gas in einer Wirbelzone mit der kondensierbaren bzw. verdampfbaren Komponente innig vermischt wird, und
• das mit der mitgeführten Komponente innig vermischte Gas über einen Ausströmabschnitt in das metallurgische Gefäß eingeblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gas von sauerstoffhältigem Gas, insbesondere technischem Sauerstoff, gebildet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kondensierbare bzw. verdampfbare Komponente von Wasserdampf bzw. Wasser gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Abschnitt und vor der Wirbelzone die Gasgeschwindigkeit eine Zeitlang im wesentlichen konstant gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Abschnitt die Gasgeschwindigkeit eine Zeitlang im wesentlichen konstant gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgeschwindigkeit über den Ausströmabschnitt im wesentlichen konstant oder leicht fallend gehalten wird.
7. Gaszuführungsmittel (11) zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei das Gaszuführungsmittel (1 ') entlang einer zentralen Längsachse (7) von einem Strömungskanal (6) durchsetzt ist, und wobei von dem Gas eine kondensierbare und/oder verdampfbare Komponente mitgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (6) - ausgehend von einem bestimmten Querschnitt - zumindest
• eine sprunghafte Querschnittserweiterung (9) des Strömungskanals zur Verwirbelung und innigen Durchmischung der kondensierbaren bzw. verdampfbaren Flüssigkeit mit dem Gas, und
• einen Ausströmabschnitt (5), welcher der Querschnittserweiterung (9) in
Gasströmungsrichtung (12) nachgeordnet ist, aufweist, und wobei
der Querschnittserweiterung (9) in Gasströmungsrichtung (12) ein Verjüngungsabschnitt (4) vorgeordnet ist, der einen sich in Gasströmungsrichtung (12) verjüngenden Strömungsquerschnitt aufweist.
8. Gaszuführungsmittel (1 ') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verjüngungsabschnitt (4) und der sprunghaften Querschnittserweiterung (9) ein Zwischenabschnitt (8) mit im wesentlichen konstantem Strömungsquerschnitt angeordnet ist.
9. Gaszuführungsmittel (1') nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg des Strömungsquerschnittes an der sprunghaften
Querschnittserweiterung (9) - bezogen auf die Längsachse (7) des Strömungskanals (6) - eine mittlere Steigung α von zumindest 60°, vorzugsweise von zumindest 75° aufweist.
10. Gaszuführungsmittel (11) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg des Strömungsquerschnittes an der sprunghaften Querschnittserweiterung (9) eine mittlere Steigung α von im wesentlichen 90° aufweist.
11. Vorrichtung zum Zuführen eines Gases in ein metallurgisches Gefäß, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere Gaszuführungsmittel (1 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst, sowie Gaszuleitungen (14) zu den Gaszuführungsmitteln (1 ') und Mittel (18) zum Einbringen einer kondensierbaren bzw. verdampfbaren Komponente in die Gaszuführungsmittel (11).
12. Einsatzstück (11) zum Umrüsten einer Düse (1), deren Düsenkanal (6) zumindest • einen Ausströmabschnitt (5) und
• einen Verjüngungsabschnitt (4), der dem Ausströmabschnitt (4) vorgeordnet ist und welcher - zum Querschnitt des Ausströmabschnittes (5) hin - in Gasströmungsrichtung (12) verjüngend ausgeführt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Achse, welche - bei in die Düse (1 ) eingesetztem Einsatzstück (11) - mit der zentralen Längsachse (7) der Düse (1 ) zusammenfällt, ein Gasströmungskanal durch das Einsatzstück (11 ) geführt ist, und wobei durch die Aussenkontur des Einsatzstückes zumindest ein Teilbereich der Innenkontur des Verjüngungsabschnittes (4) nachgebildet ist und wobei der Querschnitt des Gasströmungskanals in Gasströmungsrichtung (12) verjüngend ausgeführt ist und wobei die Austrittsöffnung des Gasströmungskanals mit einer Abrisskante versehen ist, wodurch - bei in die Düse (1 ) eingesetztem Einsatzstück (11) - eine dem Verjüngungsabschnitt (4) in Gasströmungsrichtung nachgeordnete sprunghafte Querschnittserweiterung des Gasströmungskanals ausgebildet ist.
13. Einsatzstück (11) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aussenkontur des Einsatzstückes (11) zusätzlich ein Teilbereich der Innenkontur des
Ausströmabschnittes (5) nachgebildet ist.
14. Einsatzstück (11) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei dem Verjüngungsabschnitt (4) in Gasströmungsrichtung ein Einströmabschnitt (3) vorgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aussenkontur des Einsatzstückes (11 ) zusätzlich ein Teilbereich der Innenkontur des Einströmabschnittes (3) nachgebildet ist.
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