DE1924812A1

DE1924812A1 - Metallurgischer Brenner zur Verwendung in einem metallurgischen Ofen und Verfahren zum Betrieb eines metallurgischen Ofens,insbesondere mit einem solchen Brenner

Info

Publication number: DE1924812A1
Application number: DE19691924812
Authority: DE
Inventors: Miller Keith Arthur; Jones Robert David
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1968-05-29
Filing date: 1969-05-16
Publication date: 1970-06-25
Also published as: US3578793A; DE1924812B2; FR2009535A1; DE1924812C3; JPS4931165B1; BE732375A; GB1273629A

Description

PATENTANWÄLTE

dr.w.Schalk · dipl.-ing.p. Wirth · dipl.-ing.g. Dannenberg

DR. V. SCHMIED-iCOWARZIK · DR. P. WEINHOLD

DR. D. GTIDEI

6 FRANKFURT AM MAIN GR. ESCHENHEIMER STR. 39

H. Hai 1969 BA-14505

PW/St^Jc

AIR PRODUCTS AND
CHEMICALS, INC.

Widener Building
1339 Chestnut Street

Philadelphia, Pa. / IJSA

Metallurgischer Brenner zur Verwendung in einem metallurgischen Ofen und Verfahren zum Betrieb eines metallurgischen Ofens, insbesondere mit einem solchen Brenner

Der Umstand, daß Sauerstoff in großen Mengen zu mäßigen Kosten verfügbar ist, hat zu einer Seihe bedeutender Neuerungen auf dem Gebiet der Metallurgie geführt. Durch das Einblasen von reinem Sauerstoff kann die Geschwindigkeit der metallurgischen Schmelz- und/oder Vergütungsvorgänge erhöht, können die Kosten solcher Vorgänge verringert und die Qualität des gewünschten Erzeugnisses verbessert werden. Es wurden neue öfen entwickelt, wie z.B. der I-D-Konverter, und öfen älterer Bauart, z.B. der Siemens-Martin-Ofen und der Plammsohmelzofen, werden umgestaltet, um diese Vorteile auszunutzen. Ferner wurden neue Verfahren unter Einbeziehung der Verwendung von- Sauerstoff zur Herstellung sowohl eisenhaltiger Metalle, wie Stahl und Stahllegierungen, als auch von Nichteisenmetallen, wie Kupfer, entwiokelt. In der US-Patentschrift BE 26 364 sind z.B. mehrere Verfahren offenbart, bei denen Sauerstoff-Brennstoff-Brenner zur Herstellung von eisenhaltigen Metallen oder Nichteisenmetallen in verschiedenen öfen verwendet werden·

Es hat sich jetzt gezeigt, daß die optimale Form einer aus _; ,-,r einem Säuerst off-Brennst off-Brenner austretenden Flamme nicht nur von der Bauart des verwendeten Ofens und der Anordnung des Brenners im Ofen, sondern auch von dem behandelten Material, seinem Zustand und dem angestrebten Ziel abhängt. Es wurde z.B. gefunden, daß die eine flammenform äußerst günstig für das Schmelzen von kaltem Einsatzmaterial sein kann, andere Formen jedoch bei späteren Verfahrensstufen günstiger sein können, in denen z.B. schmalere Flammen mit größerer Geschwindigkeit erforderlich sein können, um die Schlackenschicht zu durchdringen,} Bei allen bisher bekannten Brennern ist die Form der Flamme starr und unveränderlich, mit Ausnahme des in der US-Patentschrift 3 224 679 offenbarten Brenners, bei dem eine Flamme von veränderlicher Form dadurch erzeugt wird, daß ein Mundstück für die Flamme in bezug auf einen becherförmigen Bauteil bewegt wird, in und durch den die Flamme gerichtet wird. Zwar läßt diese Brennerart einen gewissen Grad von Veränderung der Flammenform zu, ist jedoch die maximale Breite der Flamme durch das sie umgebende becherartige Bauteil stark begrenzt. Dazu kommt noch, daß die Bewegung der Flammenöffnung gegenüber einem sie umgebenden becherartigen Bauteil die Anwendung einer Dichtung für Überdruck und Unterdruck, vorzugsweise am vorderen Ende des Brenners, erforderlich macht, um zu verhindern, daß das explosive Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch nach hinten in das rückwärtige Ende des Brenners gelangt und dort möglicherweise explodiert.

Es ist sehr schwierig, solche Dichtungen wirksam anzubringen und dennoch eine leichte gegenseitige Verschiebung zwischen dem Brennergebilde und dem becdieitkartigen Bauteil zu gestatten. Von noch größerer Bedeutung ist, daß es p&ktisch unmöglich ist, aufgrund der äußerst heißen und oxydierenden Bedingungen, denen das vordere Ende des Brenners in einem Ofen ausgesetzt ist, den vorn angeordneten Dichtungen eine auch nur einigermaßen ausreichende lebensdauer zu geben.

009826/1402

Daher ist es ein Ziel der Erfindung, einen Säuerstoff-Brennst off -Brenner mit besser veränderlicher Flamme zu schaffen,
durch den die vorgenannten Schwierigkeiten behoben werden.

Zugleich ist es ein Ziel der Erfindung, einen Sauerstoff-Brennstoff -Brenner mit veränderlicher !lamme au schaffen, der in der Lage ist, über längere Zeiträume hin zu arbeiten, ohne daß die Gefahr entsteht, daß Brennstoff .und/oder Sauerstoff in das
hintere Ende des Brenners eindringt,

Bei der Ausführung der Erfindung soll ein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner geschaffen werden, der so gesteuert werden kann, daß
!lammenformen entstehen, die zwischen "regenschirmförmiger" und (Zylinder-) "strahlförmiger" Gestalt variieren, und ferner bestimmte optimale "Verfahren zur Verwendung eines solchen Brenners in metallurgischen Öfen_o*«.~&ek-a££e«.-·

Kurz zusammengefaßt besteht der erfindungsgemäße Brenner aus
nur drei Hauptteilen« Diese sind

1. ein äußerer mit einem ringförmigen Abschnitt versehener Mantel,

2. ein ringförmiger Zwischenring, der gelegentlich "als
"Trennring" bezeichnet wird und

3. ein mittlerer Ablenkkörper (bluff body)_o

Diese drei Hauptbestandteile arbeiten derart zusammen, daß die Richtung der !lammenöffnung und die sich daraus ergebende Gestalt der !lamme verändert werden. Das geschieht dadurch, daß
der Ablenkkörper und der Trennring zusammen gegenüber dem ringförmigen Mantel bewegt werden, was nachstehend noch genauer beschrieben wird.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigen«

009826/1402

Figo 1 eine vereinfachte Darstellung des gesamten Brenners

mit veränderlicher Flamme, der in einer bestimmten ^; Form eines metallurgischen Ofens verwendet wird,'

Figo 2 einen Querschnitt durch einen Teil des vorderen Endes des Brenners zur Darstellung einer bevorzugten Art und Weise der Ausbildung der Einzelheiten, und

Fig. 3A, 3B und 30 vereinfachte schematische Darstellungen der Anordnungen der Hauptbestandteile des Brenners und der dadurch entstehenden drei möglichen verschiedenen Flammenformen ₀

Fig. 1 zeigt den gesamten Brenner mit einem unteren Abschnitt 10 mit großem Durchmesser, einem oberen Abschnitt 12 mit kleinerem Durchmesser, der so ausgebildet ist, daß er durch geeignete Betätigungseinrichtungen, z.B. pneumatische oder hydraulische Zylinder 14» teleskopartig in den größeren Abschnitt hinein und aus ihm herausbewegt werden kann. Eine einfache Stopfbüchsenpackung 15 mit einem Anschlagring 16 ist am äußersten hinteren Ende des Brenners zwischen den teleskopisch zusammenschiebbaren Teilen 10 und 12 vorgesehen· Ein Kettenhebezeug 17 ist dazu vorgesehen, den gesamten Brenner gegenüber einem zugeordneten Ofen zu heben und zu senken? als Beispiel ist eine Thomasbirne 18 gezeigt. Anstelle der Zylinder und/oder ) des Kettenhebezeugs können natürlich auch viele andere mechanische Heb- und Senkeinrichtungen verwendet werden«

Der Bauteil 10 mit großem Durchmesser (Fig. 2) besteht aus einem äußeren wassergekühlten Mantel, der als Ganzes mit 20 bezeichnet ist. Der Mantel 20 besteht im einzelnen aus zwei langgestreckten konzentrischen im Abstand voneinander angeordneten Hülsen 21, 22, zwischen denen eine dritte, ein Prall- oder Leitorgan 24 bildende Hülse vorgesehen ist· Am vorderen oder unteren Ende des Brenners, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein ringförmiger hohler Hantelring 26 an den Enden der Hülsen 21, 22 angebracht ₈ > •der einen Endabschluß für den Mantel bildet.

009826/U02

Wie in Pig. 1 gezeigt, wird dem Mantel 20 über ein Einlaßrohr 28 Kühlwasser derart zugeführt, daß es zwischen der inneren Hülse 21 und dem leitorgan 24 direkt nach unten fließt. Dann strömt es unter dem Ende des Leitorgans in den hohlen Mantelring 26 und zwischen der äußeren Hülse 22 und dem Leitorgan 24 nach oben, von wo aus es durch ein Auslaßrohr 30 austritt. Bei Versuchen am Ofen hat es sich gezeigt, daß diese Art der Kühlung eine überlegene Kühlwirkung auf die äußere Hülse 22 und den Mantelring 26 ausübt, die den höohsten Temperaturen ausgesetzt sind. - ' '

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß der Mantelring 26 eine ganz besondere Gestalt hat, die für das Arbeiten des Brenners von ausschlaggebender Bedeutung ist«, Die radiale Innenfläche des Ringes weist nämlich eine axiale Oberfläche 31> eine leicht gekrümmte Oberfläche 32» eine gradlinige, geneigte Oberfläche 34 und eine zweite leicht gekrümmte, in einer scharfen Ecke 38 endende Oberfläche 36 auf. Diese Gestalt bewirkt den bekannten sogenannten Coanda-Effekt, der wesentlich zu der hervorragenden Arbeit des Brenners beiträgt, wie nachstehend noch im einzelnen dargelegt wird.

Bei der Betrachtung von Mg. 1 und 2 läßt sich erkennen, daß der Bauteil 12 mit kleinerem Durchmesser von einer langgestreckten Hülse 40 gebildet wird, die innerhalb der Mantelhülse 21 im Abstand von dieser und konzentrisch zu ihr angeordnet ist, wobei die Stopfbüohsenpaokung 15 zwisohen den Hülsen 40 und 21 als Dichtung gegen strömungsfähige Medien dient. Ein Ring 42 ist am Ende der Hülse 40 befestigt, und zwei Wasserkühlrohre 44, 46 sind so angeschlossen, daß sie diesem Ring Kühlwasser zuleiten und es von ihm wegleiten· Die oberen Enden dieser Rohre sind in Fig. 1 gezeigt, in der ersiohtlioh ist, daß das Wasser das eine Bohr hinab, durch den Innenraum des Ringe 42 und aufwärts duroh das andere Rohr strömt, aus dem es wieder abgegeben wird« Wie vorstehend dargelegt, wird der Ring 42 aus Gründen, die aus dem lachetehenden deutlich werden, einfaoh Trennring genannt· Die

00 98 26/1Ln?

Gestalt des Trennrings 42 ist ebenfalls wichtig für das ordnungsgemäße Arbeiten des Brenners? in diesem Zusammenhang läßt sich erkennen, daß der Ring eine äußere axiale Oberfläche 50, eine scharf abgerundete Eoke 52, eine flache geneigt ansteigende Oberfläche 54 und eine innere axiale Oberfläche 56 aufweist.

Im mittleren Bereich der Fig. 2 ist ein langgestrecktes Rohr gezeigt, an dessen unterem Ende ein hohler Ablenkkörper 60 vorgesehen ist, der im großen und ganzen die Gestalt eines Türknopfes hat, d.h. er weist eine axiale Oberfläche 62, eine flache divergierende Oberfläche 64, einen abgerundeten Bund 66 und eine flache Stirnfläche 68 auf. Es hat sich gezeigt, daß der Divergenzwinkel DC/ zwischen 90° und 150°, vorzugsweise bei etwa 120° liegen sollte. Ein zweites Rohr 70 ist innerhalb des Rohrs 58 angeordnet, und ein kreisförmiger Prallkörper 72 ist am Ende des Rohres 70 in dem hohlen Innenraum des Ablenkkörpers 60 angeordnete Wie in Mg. 1 und 2 gezeigt, wird dem inneren Rohr 70 Kühlwasser zugeführt, das durch dieses Rohr nach unten, dann um den Prallkörper 72 herum und zwischen den Rohren 70 und 58 nach · oben fließt, von wo aus es abgegeben wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß Jeder der drei Hauptbauteile innen durch Wasser gekühlt wird, und daß diese Bauteile gemeinsam einen ringförmigen Gasdurohlaß zwischen sioh bilden. Genauer gesagt, bilden die Hülsen 21 und 40 einen ringförmigen Durchlaß 48, durch den Brennstoff, z.B. Naturgas (Grubengas, Erdgas), zum vorderen Ende des Brenners geleitet wird, welohes am hinteren Ende des Brenners durch das Brennstoffeinlaßrohr 74 zugeführt wird. Somit strömt das Brennstoffgas abwärts durch den ringförmigen Durchlaß 48 und dann durch den zwischen den ringförmigen Oberflächen 31 und 50 gebildeten düsenartigen Durchlaß 76 nach unten. Auf die gleiche Weise ist zwischen der Hülse 40 und dem Rohr 58 ein zweiter ringförmiger Gasdurchlaß 49 ausgebildet. Dieser Durchlaß dient dazu, Sauerstoff aus einem Einlaßrohr 78 nach unten zum vorderen Ende d«a Brenners zu leiten, an dem ee durch einen von den Oberflächen

nn983ß/1LÜ2

54 und 64 gebildeten ringförmigen düsenartigen Durchlaß 80 hindurchtritt· Dadurcli werden Brennstoffgas und Sauerstoff in dem mit 82 bezeichneten ringförmigen Bereich gemischt, den sie als ringförmiger !Flammenstrahl verlassen. '

Aus der vorstehenden baulichen Beschreibung geht hervor, daß das durch die ringförmige Düse 76 strömende Brennstoffgas abgelenkt und mit durch die ringförmige Düse 80 strömendem Sauerstoff von größerer Geschwindigkeit gemischt wird, so daß sich in dem mit 82 bezeichneten Bereich der ringförmigen Öffnung ein brennbares Gemisch befindet» Es ist natürlich einleuchtend, daß die tatsächliche Lage der Flammenfront beträchtlichen Veränderungen ausgesetzt ist, und z.B· von der Geschwindigkeit des Sauerstoffs und des Brennstoffs, der Art des Brennstoffs und den im Ofen herrschenden Druckverhältnissen abhängte Daher ist zu ersehen, daß, wenn auch der Eingraum 82 Flammenöffnung genannt wird, die tatsächliche Flammenfront zwischen einer Stelle im Bereich des von der Mantelringfläche 32 und dem Bund 66 des Ablenkkörpers gebildeten Halses und einer Stelle jenseits der vorderen Kante 38 liegen kann, je nach den vorstehend genannten Betriebsbedingungen. Diese Veränderung der tatsächlichen Lage der Flammen- . front beeinflußt jedoch in keiner Weise die Möglichkeit, die Flammenformen 10 zu gestalten, wie es nachstehend anhand der Fig. 3A, 3B und 30 beschrieben wird.

In Fig. 3A ist der Ablenkkörper 60 in seiner vorderen Stellung in bezug auf die Lage des Mantelrings 26 gezeigt. Auch ist, wie vorstehend beschrieben, der Trennring 42 mit dem ,Bauteil 12 von kleinem Durchmesser verbunden und bewegt sich mit ihm zusammen. Somit ist ersichtlich, daß die Oberfläche 54 des Trennrings direkt mit der Oberfläche 34 des Mantelrings 26 fluchtet. Das heißt, diese beiden flachen Oberflächen liegen an einer gemeinsamen Qeraden an. Bei dieser Stellung wird die Flamme mit einer vorherrschend radialen Komponenten aus der Öffnung 82 ausgeblasene Infolgedessen strömt die Flamme im wesentlichen rein radial aus und bildet eine sehr weite ringförmige Flamme, die in ihrer Form der eines Schirms sehr ähnelt. Dabei spielt die Form des

00 9826/U 02

81 2

Mantelrings 26 eine sehr wichtige Rolle, da die Grenzschicht des ausströmenden Mediums sehr dazu neigt, sich an die leicht gekrümmte Oberfläche des Rings 26 anzulegen und sich an ihr entlang zu bewegen, bis das Medium die scharfe Kante 38 erreicht. Diese Grenzschichterscheinung ist, wie vorstehend dargelegt, unter der Bezeichnung Coanda-Effekt bekannt; jedoch wird diese Erscheinung bei der Erfindung wohl erstmals bei einem Brenner zur Erzeugung einer breiten schirmartigen Flammenform ausgenutzt. Ferner ist zu beachten, daß die dargestellte Ausführungsform zwar eine scharfe Kante 38 besitzt, daß es aber im Rahmen der Erfindung liegt, die Kante 38 abzurunden, so daß das ausströmende Medium tatsächlich mit einer vorherrschend radialen, jedoch leicht rückwärts gerichtete* Geschwindigkeitskomponente ausströmt. Solche Flammen wurden tatsächlich erzeugt, wobei die axiale Länge der schirmförmigen Flamme etwas kürzer wurde. Auf diese Weise können noch kürzere, breitere Flammen als die in ' Fig. 3A gezeigten erzielt werden.

In der Stellung nach Fig· 3B sind sowohl der Trennring 42 als auch der Ablenkkörper 60 etwas aus der in Fig. 3A gezeigten Stellung zurückgezogen· Dadurch hat das strömungsfähige Medium keine direkte Strömungslinie von der Oberfläche 54 zur Oberfläche 34. Demzufolge tritt der Coanda-Effekt nicht ein, und das ausströmende Medium wird durch den Mantelring 26 etwas nach ) vorn abgelenkt. Es ist natürlich noch eine gewisse radiale Geschwindigkeitskomponente vorhanden? diese ist jedoch jetzt etwa gleich der axialen Komponente. Dabei entwickelt sich eine kugelförmige Flamme, d.h. sie divergiert radial nach außen» geht dann aber infolge des geringen Innendruoks wieder etwas zusammen und erhält eine abgerundete bluten- oder kugelförmige Gestalt.

Die dritte Hauptflammenform ist in Fig. 30 dargestellt· Hierbei sind der Trennring und der Ablenkkörper in bezug auf den Ring noch weiter eingezogen. Dabei dient die axiale Oberfläche 31 des Mantelrings 26 dazu, die radiale Geschwindigkeitskomponente' zu beseitigen und sammelt das ausströmende Medium zu einer verhältnismäßig schmalen axial gerichteten Flamme mit verhältnis-

009826/U0 2

— Q —

mäßig scharfer Spitze und strahlförmigem Aussehen« Gegenüber der schirmförmigen und der kugelförmigen Flamme, die eine verhältnismäßig geringe Axialgeschwindigkeit haben, hat die strahV· förmige Flamme eine viel größere Axialgeschwindigkeit und daher ein größeres Bindringvermögen.

Der vorstehend beschriebene Brenner wurde in. metallurgischen . Öfen verwendet und hat dort eine Reihe wesentlicher Vorteile erbracht. Bei einem Siemens-Martin-Ofen s.B. wurde der Brenner zuerst dazu verwendet, das Schmelzen von festem Schrott und Roheisen zu fördern, die in den Ofen eingesetzt wurden* Während dieser Schmelzphase des Verfahrens wurde der Brenner wie in Pig· 3A gezeigt betrieben. Ferner wurde er in der in Fig. 3B gezeigten Einstellung und in Zwischenstellungen betätigt. In jedem Falle wurde er mit einer ziemlich breiten Flamme betrieben, um ein möglichst großes loch in den festen Einsatz au schmelzen, ohne dabei die Auskleidung des Ofens übermäßig anzugreifen«, Während des Schmelzens wurde der Brenner durch das Kettenhebezeug wiederholt gesenkt ₉ so daß die Flaaim© im wesentlichen stets in direkter Berührung mit dem abschmelzenden festen Einsatz war. Dadurch wurde die Schmelzzeit wesentlich verkürzt, verglichen mit bekannten Verfahren beim Siemens-Martin-Ofen_β Ferner wurde der Brenner zu einem späteren Zeitpunkt des Verfahrens, beim Vergüten (refining) wieder verwendet. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Brenner wie in Fig. 30 gezeigt eingestellt» so daß die konzentrierte Flamm© von großer Geschwindigkeit durch die SdöLaokensohicht hindurchdringen und direkt mit dem zu vergütenden geschmolzenen Metall in Berührung kommen konnte· Dadurch wurde die Temperatur der Schmelze schneller erhöht, und die Geschwindigkeit» mit der der Kohlenstoff entzogen wurde», wurde durch angemessenes Erhöhen des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses erhöht. Somit ergab sich durch dia Einstellung der Flammenform während verschiedener Phasen des Stahlherstellmigsvorgangs ein entschiedener umfassender Vorteil·

Aus der vorstehenden Beschreibung der Wirkungsweise des Brenners ist ersichtlich, daß ähnliche Vorteile in verschiedenen Arten Howohl von Eisen- als auch von Hichteisen-Öfen erzielt werden können. Bei einem B.0.P.-Ofen mit wenigstens z.T. festem Einsatz kann zum Beispiel der erfindungsgemäße Brenner zum/wärmen und/oder Schmelzen verwendet werden, wie in Fig. 1 gezeigt. Je nach der Größe des Brenners und dem Durchmesser des Ofens kann die zum Vorheizen oder Schmelzen verwendete breite !Flamme schirm- oder kugelförmig sein oder eine dazwischenliegende mit Ofen- und Brennergröße vereinbare Form haben. Danach kann der κ Brenner bei der Raffinier- bzw. Vergütungsstufe mit einer verhältnismäßig schmalen Flamme betrieben werden, wenn es erforderlich ist, Schlacke zu durchdringen. Somit kann der Brenner zur Erzeugung einer schirmförmigen Flamme zum Schmelzen und einer kugelförmigen Flamme zum Raffinieren (Vergüten) verwendet werden. Ist andererseits die schirmförmige Flamme bei einem gegebenen Ofendurchmesser zu breit, so kann der Brenner zur Erzeugung einer kugelförmigen Flamme zum Schmelzen und einer strahlförmigen Flamme zum Raffinieren (Vergüten) verwendet werden*

Abschließend sei noch besonders betont, daß die in Fig. 3A, 3B und 30 gezeigten Flammenformen lediglich Beispiele für drei mögliche Grundformen sind, daß sie die Erfindung jedoch in ) keiner Weise begrenzen, da durch entsprechende Bewegung der drei Hauptbauteile eine unendliche Zahl von verschiedenen Flammenformen erzeugt werden kann. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebene Vorrichtung sogar als Sauerstoffblaslanze verwendet werden kann, indem man einfach die Brennstoffzufuhr unterbindet* Oas erhöht die Vielseitigkeit der Anwendungemöglichkeiten des Brenners, zunächst zum Schmelzen oder Vorwärmen fester Einsätze oder lediglich zum zusätzlichen Er wärmen eines geschmolzenen Einsatzes und darauf beim Haffinieren unter Ausschaltung der Brennstoffzufuhr als Sauerstoffeinblas- lanze. Das hat den Vorteil daß man den Brenner nicht sntfernen und mit einer Sauerstofflanze austauschen muß· Ferner hat man den zusätzlichen Vorteil, daß man die jeweilige Stellung des Ab-

lenkkörpers verändern kann, so daß der Sauerstoff mit einer Axialgeschwindigkeit in die Schmelze geblasen werden kann, die groß genug, um die Schlacke zu durchdringen, jedoch nicht so übermäßig groß ist, daß sie ein übermäßiges Aufspritzen bewirkt. Das heißt, man kann nach Wahl den Sauerstoff als im wesentlichen festen der strahlförmigen Flamme entsprechenden Strahl einblasen oder als einen ringförmigen Strahl entsprechend den bei der schirm- oder kugelförmigen Flamme erzeugten geringen Axialgeschwindigkeiten_e

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Brenner äußerst vielseitig in seiner Wirkungsweise und in seinen Anwendungsmögliehkeiten in verschiedenen Hochofentypen ist, Ferner ist ersichtlich, daß unzählige Abwandlungen möglich sind, z.B. auch die Verwendung der Durchlässe 84 und 49 in gegenseitiger Yertauschung, so daß Sauerstoff durch den Durchlaß 48 und Brennstoff durch den Durchlaß 49 strömt. In diesem Falle müssen natürlich die entsprechenden Gasdrücke und/oder die Geometrie der Düse angepaßt werden, so daß die Geschwindigkeit in der divergierenden Düse 80 größer ist als in der Axialdüse 76 _o Bs ist einleuchtend, daß dies notwendig ist, damit das entstehende Gemisch die erforderliche radiale Geschwindigkeitskomponente hat und sich Schirm- und Eugelform bilden.

Zu anderen selbstverständlichen Abänderungen gehört die Umkehrung des Kühlmittelstroms ι es wurde jedoch gefunden, daß das in der Zeichnung dargestellte Strömungsbild eine optimale Kühirg des Mantelrings und des Ablenkkörpers mit sich bringt.

009826/1402

Claims

AIR PEODIJOTS AND H. Mai 1969

CHEMICAIS, INC. PW/RK/Stt

Patentansprüche

1. Metallurgischer Brenner für einen metallurgischen Ofen, gekennzeichnet durch einen äußeren langgestreckten Mantel (20), der sich entlang dem größeren Teil der axialen Länge des Brenners erstreckt, einen Mantelring (26), der am vorderen Ende dieses Mantels befestigt ist, einen konzentrisch in dem Mantelring und etwas zu diesem nach hinten versetzt angeordneten ringförmigen Trennring (42), wobei der Mantelring (26) und der Trennring (42) radial im Abstand voneinander angeordnet sind und dadurch zwischen diesen ein erster Ringdüsendurchlaß (76) gebildet wird, einen konzentrisch im Trennring osd. zu diesem nach vorn hin versetzt angeordneten Ablenkkörper (60), der im Abstand vom Trennring (42) angeordnet ist, und mit diesem einen zweiten Ringdüsendurchlaß (80) bildet, der radial nach außen divergiert, wobei der Ablenkkörper (60) und der Mantelring (26) radial im Abstand voneinander angeordnet sind und eine ringförmige Flammenöffnung (82) bilden, die mit jedem der beiden Düsendurehlässe : (76, 80) in 7erbindung steht, deren einem Sauerstoff und deren anderem Brennstoff zuführbar ist, die in der ringförmigen Plammenöffnung (82) zwischen dem Mantelring (26) und dem Ablenkkörper (60) ein brennbares Gemisch herstellen·

009828/1402

2. Brenner nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Verändern der axialen Stellung des Ablenkkörpers (60) und des Trennrings (42) in bezug auf den Mantelring zur Veränderung der Ausrichtung der ringförmigen Flammenöffnung vorgesehen sind.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkörper (60) hohl ist und eine langgestreckte leitung (70) vorgesehen ist, die sich vom hinteren Ende des Brenners in das Innere des Ablenkkörpers erstreckt, daß Pralleinrichtungen (72) am Ende der Leitung (70) befestigt sind und im Abstand von der Innenwandung des Ablenkkörpers angeordnet sind, so daß Kühlmittel durch diese Leitung und um die Pralleinrichtungen des Ablenkkörpers herum leitbar sind, und daß zweite Leitungen (58) vorgesehen sind, die vom Ablenkkörper zum rückwärtigen Ende des Brenners abgehen und das vom Ablenkkörper kommende Kühlmittel am rückwärtigen Ende des Brenners abgeben.

4. Brenner nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkörper (60) die Form eines Türknopfes mit einer ringförmigen divergierenden Oberfläche (64) hat, die die eine Seitenwand des zweiten Düsendurehlasses (80) bildet.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelring (26) einen SewSeil (30) in Form einer axialen Oberfläche besitzt, der eine Seitenwand des ersten Düsendurchlasees (76) bildet, ferner einen Teil (32) in Form einer leicht und radial nach außen gekrümmten Oberfläche und einen geneigten Teil (34) in Form einer divergierenden Oberfläche, derart, daß das brennbar® Gemisch sich an die benachbarten Flächen des Mantelringa anlegt und an diesen entlang strömt und aus dem Brenner in im wesentlichen radialer Richtung abgegeben wird, wenn die divergierende Oberfläche (34) des Ablenkkörpers mit der divergierenden Oberfläch« (64) des Mantelrings fluchtet,

009 8 2 6/1402

6« Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Mantel (20) konzentrische im Abstand voneinander angeordnete äußere und innere Hülsen (21, 22) und ein Leitglied (24) aufweist, das zwischen diesen Hülsen angeordnet ist und diesen Raum in einen ersten und einen zweiten Kühlmittelkanal unterteilt, wobei der Mantelring (26) hohl ist und am vorderen Ende der Hülsen (21,22) so befestigt ist, daß er einen Yerbindungskanal für das Kühlmittel um das Ende des leitgliedes (24) herum bildet, und daß ferner eine erste leitung (28) am rückwärtigen Ende des Brenners zur Zufuhr eines Kühlmittels zu einem der Kühlmittelkanäle und zweite Leitung (30) am rückwärtigen Ende des Brenners zum Abführen edes- Kühlmittels aus dem anderen Kühlmittelkanal vorgesehen sind.

Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennring (42) eine äußere axiale Oberfläche (50), die eine Seitenwand des ersten Düsendurchlasses (76) bildet, und eine divergierende Oberfläche (54), die eine Seitenwand des zweiten Düsendurchlasses (80) bildet, aufweist.

8, Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Ofens, insbesondere mit einem Brenner nach einem der Ansprüc.he 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest teilweise fester Einsatz in den Ofen eingebracht, ein Brenner mit veränderlicher Flamme vertikal über dem Einsatz angeordnet, der Brenner auf Erzeugung einer breiten ringförmigen Flamme eingestellt und so betrieben wird, daß ein großer kreisförmiger Bereich des Einsatzes direkt erwärmt wird und daß danach der Brenner so eingestellt wird, daß er eine schmaler® Flamme erzeugt, die eine höhere Axialgesehwindigkeit hat als die breite Flamme.

009026/1402

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner während des Schmelzens des festen Einsatzes gesenkt wird, so daß die breite Flamme in direktem Kontakt mit dem festen Einsatz bleibte

10c Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schmale Flammenform eingestellt wird, die ein maximales Durchdringungsvermögen bezüglich der Schlackenschicht hat und ein minimales Aufspritzen des geschmolzenen Einsatzes verursacht.

11· Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10 zur Erzeugung von Stahl in einer Thomasbirne, dadurch gekennzeichnet, daß als Brenner ein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner verwendet wird, bei dem die Lage der Mündung veränderbar ist, und daß der Brenner zunächst auf Erzeugung einer breiten ringförmigen Flamme eingestellt wird, mit der ein großes kreisförmiges Gebiet des festen Einsatzes erwärmt wird, und daß dann das Verhältnis von Brennstoff zu Sauerstoff erhöht und die Broansniündung so eingestellt wird, daß eine schmalere Flamme erzeugt wird.

12o Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff so eingestellt wird, daß die Brennstoffeinblasung im wesentlichen unterbrochen wird und der Brenner nur Sauerstoff einbläst, und daß die Brennermündung so eingestellt wird, daß ein Sauerstoffstrahl erzeugt wird, der ein maximales Durchdringungsvermögen bezüglich der Schlaekenschicht hat und ein minimales Aufspritzen der geschmolzenen Beschickung verursacht.

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenner mit veränderlicher Flamme 4»a? als Brenner nach einem der Ansprüche 1-7 verwendet wird.

Der Patentanwalts

009826/U02

Lee rs e i fe