DE2013145B2 - Brennerlanze - Google Patents
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- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
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- C21C5/42—Constructional features of converters
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Description
55
Die Erfindung betrifft eine Brennerlanze mit einem Brennereinsatz, der Leitungen für flüssigen Brennstoff
und ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere reinen Sauerstoff enthält, und einem den Brennereinsatz t>o
umgebenden, aus konzentrischen Rohren bestehenden Kühlmantel.
Bei solchen Brennerlanzen wird der flüssige Brennstoff und der Sauerstoff durch das Leitungssystem des
Einsatzes getrennt voneinander gefördert. Die Mi- hs
schung des Brennstoffes und Sauerstoffes muß außerhalb der Lanze erfolgen, um Explosionen auszuschalten.
Brennerlanzen der genannten Art werden bei metallurgischen Öfen, insbesondere bei Siemens-Martin-Öfen
und Sauerstoffaufblaskonvertern zum Aufheizen bzw. Einschmelzen eines festen, metallischen Einsatzes
verwendet. Brennerlanzen sind mechanisch und thermisch sehr stark beansprucht Bei einem Schmelzengewicht
von z. B. 3001 und einem Durchsatz von bis zu etwa 500 kg Schweröl/min, und 1000 Nm3 reinem
Sauerstoff/min, kann die Längserstreckung dieser Lanzen bis zu 20 m und ihr Durchmesser bis zu 500 mm
betragen.
Brennerlanzen müssen beweglich, z.B. vertikal verschiebbar sein, sie müssen strengen Sicherheitsbestimmungen
genügen. Es ist erforderlich, zwischen der Zufuhrleitung für den flüssigen Brennstoff und der
Zufuhrleitung für den Sauerstoff ein Rohr vorzusehen, so daß im Falle eines Lecks in der Ölleitung keine
unmittelbare Mischung mit dem Sauerstoff möglich ist und Explosionsgefahr vermieden wird. Da die Brennerlanzen
meistens nur intermittierend betrieben werden, besteht ein weiteres Erfordernis darin, eine rasche
Betriebsbereitschaft und ein rasches Abschalten sicherzustellen. Alle bisher bekanntgewordenen Brennerlanzenkonstruktionen
weisen den Nachteil auf, daß vor der Inbetriebnahme eine Vorwärmung des Heizöles erforderlich
ist und es mehrere Minuten dauert, bis der Brenner zündet, weil die Leitungslänge von den
Schiebern über die Schläuche zur Lanze und durch die Rohrleitungen in der Lanze selbst verhältnismäßig groß
ist. Derselbe Nachteil wirkt sich auch beim Abschalten aus und es kommt zu einem unerwünschten langen
Nachlauf des Heizöles. Mit diesen Erscheinungen ist außer dem Auftreten schwarzer Qualmwolken auch
eine Produktionsunterbrechung verbunden. Mit Schweröl betriebene Brenner neigen auch zum Verstopfen
und Verkracken der Düsenstücke; es ist daher notwendig, während der Betriebspausen die Düsenstükke
und die Leitungen ausblasen zu können, was bei den bisher bekannten Brennerlanzen schwierig durchzuführen
und zeitraubend ist. Weiter muß gewährleistet sein, daß auch bei Betriebsstörungen — z. B. bei Stromausfall
ein selbsttätiges Schließen der ölzufuhr bzw. Unterbrechen des Ölausflusses aus der Düse sichergestellt ist.
Die bisher verwendeten Brennerlanzen haben diesen Anforderungen nicht entsprochen. Man hat versucht, im
Bereich der Düsenspitze ein Kugelventil in der ölzufuhrleitung einzubauen, doch ist dieses bei Verwendung
von Schweröl völlig unbefriedigend. Es ist auch für dünnflüssige Brennstoffe nicht verwendbar, weil ein
dichter Abschluß nicht erreicht werden kann. Rückstände und Verunreinigungen im öl lagern sich am
Kugelkörper und am Ventilsitz ab und die Brennerlanze muß immer wieder ausgebaut und gereinigt werden.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und hat zum Ziel, eine
betriebssichere und strengen Sicherheitsbestimmungen genügende Brennerlanze für flüssige Brennstoffe,
insbesondere Schweröl, und sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere reinen Sauerstoff zu schaffen, wobei
Brennstoff und Sauerstoff getrennt voneinander zur Düsenspitze geführt und außerhalb gemischt und
verbrannt werden.
Dieses Ziel wird bei einer Brennerlanze der eingangs definierten Art dadurch erreicht, daß der Brennereinsatz
nahe der Mündung der Lanze einen Steuerblock aufweist, der die Leitungen des Brennereinsatzes
umsteuerbar verbindet, und daß alle Leitungen des Brennereinsatzes in ein Dampfrohr eingeschlossen sind,
wobei zwischen dem Brennereinsatz und dem Kühlwas-
sermantel ein ringförmiger Kanal für die Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases gebildet ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Steuerblockes weist dieser mindestens einen Umsteuerschieber
für flüssige Brennstoffe und ein Spülgas, z. B. Preßluft, sowie mehrere Bohrungen für flüssige
Brennstoffe, Spülgas, sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere reinen Sauerstoff und Kühlwasser auf.
Der Umsteuerschieber kann pneumatisch oder hydraulisch betätigbar sein. ι u
Vorzugsweise weist der Schieberkolben eine Drosselbohrung auf, durch die bei Störungsfällen das Steuermedium
entweichen kann, so daß die Rückstellfeder den Schieberkolben bewegt und die Brennstoffzufuhr
automatisch schließt
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist innerhalb des beheizten Dampfrohres
eine Rücklaufleitung für Dampf und Kondensatwarser vorgesehen, deren unteres Ende in eine im
Steuerblock befindliche Sackbohrung hineinreicht. Auf diese Weise wird das Kondensat wasser fortlaufend
abgeführt. Dadurch ist der obere Teil des Steuerblockes in Kontakt mit dem Dampf und wird ebenso wie die
Leitungen im Einsatz, durch den Dampf beheizt.
Das Düsenstück an der Spitze der Lanze ist zweckmäßig lösbar mit dem Steuerblock verbunden.
Dieses Düsenstock kann wassergekühlt sein und einen getrennten Wasserzu- und -ablauf mit einem Umlenkstück
aufweisen.
Die Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen in jo
der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch den unteren Teil
einer erfindungsgemäßen Brennerlanze, F i g. 2 ein Horizontalschnitt nach der Linie H-II der Fig. 1 und
Fig. 3 ein Vertikalschnitt nach der Linie 111- III der
F i g. 2. Die F i g. 4,5,6 sind analoge Darstellungen einer
anderen Ausführungsform; Fig.5 ist ein Horizontalschnitt
nach der Linie V-V der F i g. 4 und F i g. 6 ein Vertikalschnitt nach der Linie VI-VI der F i g. 5.
Der Brennereinsatz 1 (F i g. 1) bzw. 1' (F i g. 4) ist von einem Kühlmantel 2 bzw. 2' umgeben und mit diesem
durch Bajonettverschlüsse 40 lösbar verbunden. Zwischen dem Brennereinsatz und dem Kühlmantel wird
ein ringförmiger Kanal 8 für die Zufuhr des Sauerstoffes gebildet
Der Kühlmantel 2,2' besteht aus dem Kühlwasser-Innenrohr
4, dem Kühlwasser-Außenrohr 5, welche durch die Düsenspitze 3 bzw. 3' miteinander verbunden sind,
und einem Kühlwasser-Zwischenrohr 6 mit einem Umlenkteil 7 für die Wasserführung.
Der Brennereinsatz 1,1' umfaßt ein Dampf rohr 9, das
am unteren Ende mit einem Steuerblock bzw. Steuerventil 10,10' fest verbunden ist und eine Anzahl
von Leitungen. Im Steuerblock 10, 10' :st ein Umsteuerschieber 11 vorgesehen, der die Leitungen für
Heizöl und ein SpUlmedium, z. B. Druckluft oder Dampf, miteinander verbindet. Der Schieberkolben 12 ist
einseitig von oben mit Druckluft oder Druckwasser beaufschlagt und wird durch eine vorgespannte
Rückstellfeder 20 nach Aufhebung des Druckes bzw. w> Entlastung der Zufuhrleitung 27 für das Steuermedium
in die in F i g. 1 dargestellte Ausgangslage bewegt. Der Schieberkolben 12 besitzt drei Dichtflächen 13, 14, 15,
die mit der Schieberhülse 16 zusammenwirken. Die Schieberhülse ist mit dem Zylinder 17 verbunden, hi
welcher eine Verschraubung 18 mit einer Bohrung 19 für die Zufuhr des Stcuermediums aufweist. Am unteren
Ende ist im Schieberkolben 12 eine Drosselbohrung 21 vorhanden, durch die in Störuiigsfällcn — wenn z. B. bei
Stromausfall die F.lektromagnetventile für die Entlastung der Steuerleitung 27 nicht betätigt werden können
- das Steuermedium über die Bohrung 29 (F i g. 3) und die Entlastungsleitung 28 entweichen kann, so daß die
Rückstellfeder 20 den Schieberkolben 12 betätigt, wodurch automatisch der Brennstoff austritt gesperrt
wird.
Innerhalb des Rohres 9, durch welches Heizdampf für das Warmhalten der ölzufuhrleitung 22 und des
Umsteuerschiebers 11 bis zur Oberfläche des Steuerblockes 10,10' herangeführt wird, sind Leitungen 25 für
die Zufuhr der Spülluft oder des Spüldampfes, Leitungen 32, 33 für die Kühlwasserzufuhr zum
Düsenstück 36 und eine Dampfrücklaufleitung 30 für Dampf und Kondensatwasser angeordnet und mit dem
Steuerblock 10 bzw. 10' verbunden. Das untere Ende der Leitung 30 ragt in eine Sackbohrung 31 hinein, so daß
das Kondensatwasser ständig abgeführt werden kann und eine gute Wärmeübertragung im Bereich des
Sieuerblockes 10,10'aufrecht erhalten wird.
Im Steuerblock 10, 10' befinden sich den oben angeführten Leitungen entsprechende Bohrungen 23 für
die ölzufuhr, Bohrungen 24, 24' für den öl- bzw. Spülmediumauslaß, Bohrungen 26 für die Zufuhr des
Spülmediums und Bohrungen 34, 35 für den Wasserzu- und -ablauf. Am unteren Ende des Steuerblockes 10 ist
ein Düsenstück 36 eingeschraubt, welches in der Mitte ein Drallstück 38 und eine Austrittsöffnung 37 für Öl
bzw. Spülmedium aufweist. In der Verbindung mit der Düsenspitze 3 bildet das Düsenstück 36 einen
ringförmigen Austrittskanal 47 für den Sauerstoff, dessen Ausströmrichtung in den F i g. 1 und 4 mit Pfeilen
dargestellt ist. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist das Düsenstück 36 wassergekühlt; das Kühlwasser-Umlenkstück
ist mit 39 bezeichnet. Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 sind zwei Düsenstücke 43, 44
vorgesehen, zwischen denen ein ringförmiger Austrittskanal 46 für öl bzw. das Spülmedium gebildet wird. Bei
dieser Düse tritt der Sauerstoff außen aus dem Ringkanal 8 durch Schlitze 45, deren Achsen sich mit der
Brennerlanzenachse kreuzen, und innen durch die Bohrung 42 aus; der Sauerstoff wird also in zwei
getrennten Leitungen bis zur Düsenspitze 3' geführt. Die Zufuhrleitung für den Innensauerstoff ist mit 41
bezeichnet.
Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsformen möglich. Man kann z. B. grundsätzlich auch die
Düsenstücke 43 und/oder 44 (F i g. 4) wasserkühlen oder auch bei der Düse (Fig. 1) eine Innensauerstoffzufuhr
zusätzlich vorsehen.
In den Betriebspausen befindet sich der Schieberkolben 12 in der in Fig. 1 gezeichneten Ausgangsposition,
d. h. durch die Dichtflächen 13,14 ist die ölzufuhr durch
die Bohrung 23 unterbrochen und es erfolgt der Austritt des Spülmediums aus der Bohrung 26 (F i g. 3) zwischen
den Dichtflächen 14, 15 in den Kanal 24 über das Drallstück 38 und die Öffnung 37 ins Freie.
Im Betriebszustand wird der Schieberkolben 12 durch das über die Leitung 27 zugeführte Steuermedium nach
unten in die in F i g. 4 gezeichnete Position bewegt, das öl fließt vom Kanal 23 in den Kanal 24 bzw. 24' und das
Spülmedium wird abgesperrt. Gleichzeitig strömt eine kleine Menge des Steuermediums durch die Drosselbohrung
21, die Bohrung 29 und die Entlastungsleitung 28 aus. Wenn beim Umsteuern der Druck oberhalb des
Schieberkolbens 12 nicht sofort entweichen kann, d. h. die Rückstellfeder 20 den Schieberkolben 12 nicht
bewegen kann, wird durch das Entweichen des Steuermediums durch die Drosselbohrung 21 der Druck
vermindert, so daß der Schieberkolben 12 durch die Feder 20 in die Ausgangslage bewegt und die
Brennstoffzufuhr automatisch unterbrochen wird.
Die erfindungsgemäße Brennerlanze hat sich beim Aufheizen und Einschmelzen fester Einsätze in Sauerstoffaufblaskonvertern
sehr gut bewährt. Wartezeiten beim Ein- und Ausschalten des Öles bzw. Verkrustungen
der Düsenstücke sowie Verpuffungen oder Explosionen durch nachlaufendes Öl treten nicht auf.
Brennerlanzen nach F i g. 4 sind besonders gut für das Einschmelzen und Frischen eines metallischen Einsatzes
geeignet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Breniierlanze mit einem Brennereinsatz, der
Leitungen für flüssigen Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere reinen Sauerstoff
enthält, und einem den Brennereinsatz umgebenden, aus konzentrischen Rohren bestehenden Kühlmantel,
dadurch gekennzeichnet, daß der Brennereinsatz nahe der Mündung der Lanze einen Steuerblock (10,10') aufweist, der die Leitungen des
Brennereinsatzes umsteuerbar verbindet und daß alle Leitungen des Brennereinsatzes in ein Dampfrohr
(9) eingeschlossen sind, wobei zwischen dem Brennereinsatz und dem Kühlwassermantel (2, 2')
ein ringförmiger Kanal (8) für die Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases gebildet ist.
2. Brennerlanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerblock (10, 10')
mindestens einen Umsteuerschieber (11) für flüssige Brennstoffe und ein Spülgas, ζ. B. Preßluft, so wie
mehrere Bohrungen (23, 24, 26, 29, 34, 35, 42) für flüssige Brennstoffe, Spülgas, sauerstoffhaltiges Gas,
insbesondere reinen Sauerstoff und Kühlwasser aufweist.
3. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, der der Umsteuerschieber
(11) pneumatisch oder hydraulisch betätigbar ist.
4. Brennerlanze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben (12) einseitig
beaufschlagt wird und eine vorgespannte Rückstellfeder (20) aufweist.
5. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben
(12) eine Drosselbohrung (21) zum Ablassen des Steuermediums in Störungsfällen aufweist, so daß J5
durch Rückstellung des Schieberkolbens mittels der Feder (20) die Brennstoffzufuhr schließbar ist.
6. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Dampfrohres
(9) eine Rücklaufleitung (30) für Dampf und Kondensatwasser vorgesehen ist, deren unteres
Ende in eine im Steuerblock (10, 10') befindliche Sackbohrung (31) hineinragt.
7. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerblock (10,
10') mindestens ein lösbar befestigtes Düsenstück (36,43,44) aufweist.
8. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenstück (36)
wassergekühlt ist und einen getrennten Wasserzu- und -ablauf (34, 35) mit einem Umlenkstück (39)
aufweist.
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