DE2160999A1

DE2160999A1 - Duese zum einleiten von sauerstoff mit einem schutzmedium in konvertergefaesse

Info

Publication number: DE2160999A1
Application number: DE2160999A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Brotzmann; Hans Georg Dipl Phy Fassbinder; Helmut Prof Dr Ing Knueppel
Original assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Current assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Priority date: 1971-12-09
Filing date: 1971-12-09
Publication date: 1973-06-28
Also published as: FR2162614A1; JPS4979905A; FR2162614B1; US3811386A

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bengen

Patentanwälte - 4dod Düsseldorf · Gecilienallee 7S . Telefon 433733

Unsere Akte: 27 108 7. Dezember 1971

Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte m.b.H., 2 ι 60999 8458 Sulzbach-Rosenberg, Hütte

"Düse zum Einleiten von Sauerstoff mit einem Schutzmedium

in Konvertergefäße"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse zum betriebssicheren Einleiten von oxydierenden Gasen, insbesondere Sauerstoff, die von einem flüssigen oder gasförmigen Schutzmedium umgeben sind, in ein Frischgefäß, in dem zum Frischen von Metall, vorzugsweise Roheisen, eine oder mehrere Düsen unterhalb der Badoberfläche im Konvertermauerwerk angeordnet sind.

Es hat sich in jüngster Vergangenheit ein Verfahren zum Frischen von Roheisen in die Praxis eingeführt, bei dem Frischsauerstoff unterhalb der Badoberfläche zusammen mit einem flüssigen oder gasförmigen Schutzmedium, in einen Konverter eingeblasen wird. Dieses Verfahren ist in der deutschen Auslegeschrift 1 583 968 beschrieben. Die Düsen für das Frischgas und das Schutzmedium bestehen im wesentlichen aus zwei konzentrischen Rohren. Durch das innere Rohr wird das Frischgas, vorzugsweise Sauerstoff, geleitet, während durch den Ringspalt, der sich zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Rohren befindet, das flüssige oder gasförmige Schutzmedium zugeführt wird. Die Ringspaltbreite beträgt ca. 1 mm und wird durch Abstandhalter zwischen den beiden Rohren, beispielsweise durch Innenrippen des äußeren Rohrs festgelegt. Als Schutzmedium für den Sauerstoffstrahl, das den Düsenabbrand und den Verschleiß der feuerfesten Ausmauerung herabsetzt, werden vorzugsweise flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe,

309326/0438

-2 - 2160993

beispielsweise leichtes Heizöl, Propan oder Bndgas verwendet. Die konzentrische Anordnung der Düsenrohre, die durch das feuerfeste Mauerwerk in das Frischgefäß führen und unterhalb der Badoberfläche enden, ist duroh die Verwendung von Abstandhaltern zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr technisch relativ einfach zu realisieren. Es sind eine Reihe von konstruktiven Lösungen für die Abstandhalter bekanntgeworden. Zum Beispiel können sie aus spiralförmig auf das Innenrohr aufgelötete Wendeln bestehen, in Gestalt von Außenrippen auf dem Innenrohr bzw. Innenrippen auf dem Außenrohr aufgeführt sein, oder aus gleichmäßig verteilten punktförmigen- Erhebungen auf einem der beiden Rohre bestehen.

Während dieser Teil der Düsen mit einfachen Mitteln betriebs- und funktionssicher gestaltet werden kann, macht die Speisung der beiden Düsenkanäle mit verschiedenen Gasen größere Schwierigkeiten. Es sind konstruktive Lösungen für die Zuführung von zwei verschiedenen Gasen in aus konzentrischen Rohren bestehende Düsen bekannt. So wird in der deutschen Offenlegungsschrift 2 003 339 eine Vorrichtung zur Beaufschlagung der Blasdüsen eines Stahlkonverters beschrietren. Die bekannte Konstruktion weist aber für die Praxis einige erhebliche Nachteile auf. Die Zuführung der beiden Gase erfolgt mit einem, in zwei Kammern unterteilten zusammengefaßten Zuführungssystem. Diese Lösung kann bei eventuellen Lecks im System zu einem unerwünschten Vermischen der beiden Gase führen. Insbesondere beim Einleiten eines brennbaren Schutzmediums durch den Ringspalt und von Sauerstoff durch das Frischgasrohr kann ein Leck im Zuführungs system zu gefährlichen Bränden und Explosionen führen. Ebenso haben sich " Dichtungsmittel auf der Basis von organischem, elastischem Material wie Kautschuk für den rauhen Konverterbetrieb ungeeignet erwiesen. Einmal können Verunreinigungen zu einer Beschädigung der Dichtungen führen und zum anderen

309826/0438

sind sie nicht hinreichend temperaturbeständig.

Die Erfindung geht:^i-bei einer Düse zum betriebssicheren Einleiten von Frischgas mit Sclmtzmedium in einen Kon« verter davon aus, daß an die Zuführung der beiden Gase von der Versorgungsleitung zu den aus zwei konzentrischen Rohren aufgebauten Düsen und insbesondere an die Einspeisung der beiden Gase in die Düsenkanäle hohe technische Anforderungen bei einfacher Handhabung unter den rauhen Bedingungen eines Stahlwerkbetriebes zu stellen sind. Es sind im wesentlichen folgende Punkte zu beachten;

a) Das innere Düsenrohr sollte zur Kontrolle seiner Restlänge leicht herausnehmbar und auswechselbar sein,

b) Bei eventuellen Lecks im Zuführungssystem eings Gases muß ein Vermischen der beiden Gase ausgeschlossen sein.

c) Die Dichtungen sollten bis zu Temperaturen von mindestens 300⁰C beständig sein und nicht aus weichem organischem Material bestehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung der beschriebenen Probleme besteht aus einer Düse, bei der in einem inneren System das sauerstoffhaltige Gas und in einem äußeren System ein kohlenwasserstoffhaltiges Medium strömt, wobei die beiden Medien fftr das innere und das äußere System derart zugeleitet werden, daß sie räumlich voneinander getrennt sind und die Abdichtungen grundsätzlich nur zum Außenraum hin durchgeführt werden und damit Dichtungen der beiden Medien gegene-Lnander vermieden werden. Für die Abdichtung kommen metallische Dichtungselemente,' wie Schneid- und Keilringe infrage.

309826/0438

2160993

Die Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zu einem betriebssicheren Betreiben der Frischgasdüsen mit Schutzmedien beitragen,werden nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

F;i.g_o 1 einen Längsschnitt durch eine aus zwei konzentrischen Rohren bestehende Düse mit einer erfindungsgemäßen Einspeisung des Frischgases und des Schutzmediums,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die aus zwei konzentrischen Rohren bestehende Düse der Fig. 1 und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Düse mit den erfindungsgemäßen Einzelheiten der Anschlüsse der beiden Düsenkanäle an ihre Versorgungsleitungen.

Die Düse für Frischgas und ein Schutzmedium besteht aus zwei konzentrischen Rohren 1 und 2« Das äußere Rohr 1 kann aus üblichem Stahl oder beispielsweise aus Kupfer oder Edelstahl, bestehen. Das äußere Rohr 1 1st mit Innenrippen 3 als Abstandhalter für das innere Rohr 2 versehen. Das äußere Rohr 1 ist durch eine Bohrung 4 im Stahlpanzer 5 in den Konverterinnenraum eingeführt. Es durchdringt weiterhin die feuerfeste Ausmauerung 6. Beispielsweise kann der Stahlpanzer 5 die Bodenplatte des Konverters sein, und das Rohr 1 kann in die feuerfeste Zustellung des Bodens mit eingestampft sein. Als Anschlag und zum Fixieren des Außenrohres 1 dient ein auVgeschweißter Flansch 7. Mit diesem Flansch 7 kann das äußere Rohr 1 durch Befestigungsmittel wie beispielsweise Schrauben, mit dem Stahlpanzer des Frischgefäßes fest verbunden sein«, Das äußere Düsenrohr 1 endet außer-

309826/043 8

halb des Stahlmantels direkt unterhalb des Dichtungselementes 9.

Anstelle der üblichen Befestigungs- und Dichtungsmittel zwischen dem Flansch 7 und dem Stahlpanzer 5 hat sich eine erfindungsgemäße, besondere einfache und temperaturbeständige Abdichtung zwischen dem äußeren Rohr 1 und der Bohrung 4 im Stahlpanzer 5 sehr bewährt. Überraschenderweise konnten mit einem keramischen Kitt vorzugsweise einem Stoff aus dem System SiOp-AlpO·*, der mit Wasserglas und/oder Phosphorsäurelösungen bzw» mit Zementzusatz und Wasser .angemacht wurde, sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Die Kittschicht 8 dient als Befestigungsund als Dichtungsmittel und befindet sich zwischen dem äußeren Rohr 1, dem Flansch 7 und dem Stahlpanzer 5. Neben der einfachen Verarbeitung bietet das Einkitten des äußeren Rohres 1 in die Bohrung 4 des Stahlpanzers weitere Vorteile gejpnüber den üblichen, mechanischen Befestigungsmitteln. Insbesondere entfallen die mechanischen Bearbeitungen wie Gewindeschneiden, Rieht- und Putzarbeiten nach jeder Konver1e?reise, an den Durchführungen für die Düse.

In das mit Innenrippen versehene äußere Düsenrohr 1 wird das innere Düsenrohr 3$ durch das das Frischgas unterhalb der Badoberfläche in den Konverter gelangt, eingeführt. Das innere Düsenrohr 2 kann aus Edelstahl mit 18% Chrom und 10% Nickel bestehen. Es können aber auch andere Metalle wie Kupfer oder anders legierte Stähle zum Einsatz kommen. Die Abmessungen der beiden Düsenrohre betragen beispielsweise für das äußere Rohr 1: Außendurchmesser 2.8mm, Innendurchmesser 24mm, Rippenstärke maximal 1mm j für das innere Rohr 2: Außendurohmesser 22mm, Innendurchmesser 18mm. Das Innenrohr 2 ist langer als das

309828/0438

Außenrohr 1. Während die "beiden Düsenrohre an der Konverterinnenseite auf gleicher Höhe enden, ragt das Innenrohr 2 an der Konverteraußenseite aus dem äußeren Düsenrohr T heraus. Die Differenz "beträgt beispielsweise
150mmβ

Der sioh zwischen dem äußeren Rohr 1 und dem inneren Rohr 2 ergebende Ringspalt wird gegen die Außenseite der beiden Gaszuführungsrohre abgedichtet» Damit die Durchmesser des äußeren Rohres 1 und des inneren Rohres 2 im Bereich der Dichtungen übereinstimmen, wird auf das innere Rohr
1 die Hülse 10 aufgelötet oder aufgeschweißt. Eine Überwurfmutter 11 mit dem metallischen Diohtring 9, der als
Schneid-, Keil- oder Doppelkeilring o.a. ausgeführt sein kann, dichtet das äußere Rohr 1 gegen den Ringraum 12
ab. In den Verschraubungsstutzen 13 ist das Zuführungsrohr 14 für das flüssige oder gasförmige Schutzmedium
eingeschweißt. Entsprechend der Überwurfmutter 11 und dem Dichtungsring 9 bei dem DUsenaußenrohr dichtet die
Überwurfmutter 15 und der Dichtring 16 das Innenrohr 2
gegen den Ringraum 12 ab. Die Längen des Verschraubungsstutzens 13 und der Hülse 10, die auf das Innenrohr aufge« lötet ist, bestimmen dabei die Verschiebemöglichkeit
des Innenrohres in seiner Längsrichtung. Bei diesem.Beispiel beträgt die Verschiebemöglichkeit ca. 25mm.

Die Verschraubung zwischen der Frischgaszuführleitung 17 und dem Innenrohr- 1 befindet sich unterhalb der Schutzmediumzuführung und deren Dichtungselementen. Als Abdichtung der Frischgaszuführungsleitung gegen das Innenrohr dient die Überwurfmutter 18 mit dem metallischen Dichtungsring 19. Durch diese Trennung der Dichtungselemente für Schutzmedium und Frischgas kann es bei
eventuellen Lecks zu keinem unerwünschten Vermischen die-

3Ü9826/0A38

-7- 2160399

ser Medien kommen, da sie einzeln nur gegen die umgebende Atmosphäre und nicht gegen das andere Medium dichten« Der Abstand zwischen den beiden Zuführungsleitungen wird nur durch die Länge des Innenrohres bestimmt. Grundsätzlich ist diese Länge frei wählbar. Aus konstruktiven Gründen ergeben sich jedoch Grenzen; in dem angeführten Beispiel beträgt der freie Abstand 20 zwischen den Dichtungselementen ca, 15Qan_#Zwischen der Gas- bzw. Schutzmediumeinspeisung in die entsprechenden Düsenkanäle und ihrem Anschluß an die zugehörigen Versorgungsleitungen befinden sich Einbauten, um Maßungenauigkeiten bei der Anpassung der Düsenzuführungsleitungen an die Versorgungsleitungen auszugleichen.

Bei der relativ dünnen Leitung für die Zuführung des flüssigen oder gasförmigen Schutzmediums genügen normalerweise die Gerade* und Winkelverschraubungen und die durch diese Verschraubungen gegebenen Versohiebe,-möglichkeiten, um den Ringraum 12 mit der Schutzmediumversorgungsleitung 21 zu verbinden. Alle Dichtungsmittel in dieser Düsenzuführungsleitung für das Schutzmedium sind metallische Schneid-, Keil-un^te· Doppelkeilringe. Es werden verschiedene Regelorgane 22 in die Düsenzuführungsleitung eingebaut.. Bei diesen Regelorganen handelt es sich beispielsweise um Rückschlagventile, Drosselstellen für die Schutzmediumdosierung und/gder steuerbare IM- und Abschaltventile. Von diesen RegelOrganen kann eines eingebaut sein oder können mehrere parallel und/oder hintereinander geschaltet werden. Der Einbau erfolgt über die gleiohen Verschraubungen mit metallischem Dichtungsring, entsprechend den Gerade- und Winkelverschraubungen. In diesem Beispiel beträgt der äußere Durchmesser der Düsenzuführungsleitung, d„h. des Leitungsstücks zwischen der Versorgungsleitung und der Schutzmediumeinspeisung 10mm. Als Materialien werden übliche Kupfer- und/oder Stahlrohre verwendet.

309826/0438

2160990

Die DüsenzufUhrungsleitmig für das Frischgas kann im Prinzip wie die Schutzmediumleitung mit der Versorgungsleitung verbunden werden. Zum Beispiel wird bei kleinerem Düsendurchmesser, etwa bei Frischgaszuführungsrohren, deren äußerer Durchmesser kleiner als 15mm ist, das Anschlußrohr zwischen der Frischgaseinspeisung und der Versorgungsleitung u-förmig ausgeführt und mit entsprechenden Verschraubungen und mit metallischen Dichtungsringen angeschlossen. Mit zunehmendem Rohrdurchmesser, d_eh. bei größeren Düsen, bietet diese Anordnung nicht mehr den erforderlichen AnpassungsSpielraum bei der Montage,, Es hat sich in diesen Fällen, d.h. bei Rohrdurchmessern über 20mm die in Fig. 3 dargestellte konstruktive Lösung als günstig erwiesen. An das Düseninnenrohr 2 ist das Winkelstück 23 angelötet oder angeschweißt. Der gewünschte Sicherheitsabstand 20 zwischen Schutzmediumeinspeisung und dsm Winkelstück 23 wird dabei eingehalten. Dieses Winkelstück 23 besitzt in Verlängerung des Innenrohres einen Wartungsstutzen 24. Der Wartungsstutzen 24 ist normalerweise blind geflanscht und wird nur bei Wartungsarbeiten geöffnet, beispielsweise beim Ausmessen der Düsenlänge oder ggf. beim Ausfall der Düse zum Aussispfen des Innenrohres etwa mit einer Keramikmasse.

Das Winkelstück 23 ist mit einer Verschraubung 25 und einer metallischen Ringdichtung 26 mit dem nächsten Winkelstück 27 verbunden. Die Verschraubung 25 ist so ausgelegt, daß sie eine Verschiebemöglichkeit von ca, 25mm in der Rohr dichtung zuläßt. Zwischen der Veisahraubung und dem nächsten Winkelstück 27 kann entsprechend einer sinnvollen konstruktiven Lösung ein beliebig langes Rohrstück eingeschweißt werden. Das Winkelstück 27 ist über eine Kugelgelenkverbindung 28 mit der Frischgasversorgungsleitung 29 verbunden. Die Kugelgelenkverbindung

309826/0438

__Q ? ί ΒΠ999

ζ/

28 läßt eine Drehbewegung in allen Richtungen zu. Durch die Verschiebemöglichkeiten in den Verschraubungen 15 und 25 sowie der Kugelgelenkverbindung 28 können eventuelle Maßungenauigkeiten bei der Anpassung der Versorgungsleitung an die Düsen einfach ausgeglichen werden» Bei dem dargestellten Beispiel kann der äußere Durchmesser der Düsenzuführungsleitung für das Frischgas 25 mm betragen. Das Material ist übliches Stahlrohr, es können aber auch andere Metallrohre zur Anwendung kommen, wie Rohre aus Kupfer oder legiertem Stahl.

Die erfindungsgemäße Düse zum betriebssicheren Einleiten von Frischgas mit Schutzmedium besitzt neben der einfachen funktionssicheren Konstruktion noch den Vorteil hoher Wirtschaftlichkeit. Beim betrieblichen Einsatz hat sich überraschenderweise gezeigt, daß flexible Leitungen, bzw. Federungskörper oder ähnliche elastische Verbindungsmittel nicht erforderlich sind. Insbesondere bei dem rauhen Stahlwerksbetrieb und den Gefahren eventueller Lecks in den Zuführungsleitungen ist die Vermeidung empfindlicher, elastischer Verbindungsglieder ein erheblicher technischer Fortschritt.

309328/0438

ORIGINAL INSPECTED

Claims

.-ίο- Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte m.n.H, 8458 Sulzbach-Rosenberg Hütte Patentansprüche:

1. Düse zum betriebssicheren Einleiten von oxydierenden, von einem flüssigen oder gasförmigen Schutzmedium umgebenen Gasen, insbesondere Sauerstoff, die unterhalb der Badoberfläche im feuerfesten Mauerwerk eines Konverters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung von Frischgas und Schutzmedium in die Düse durch zwei räumlich voneinander getrennte Zuführungsanordnungen erfolgt.

2. Düse nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Abdichtung jedes der beiden Schutzmedian nur gegen den Außenraum und nicht untereinander erfolgt.

3. Düse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente mindestens bis zu einer Temperatur von 30O⁰C beständig sind.

4. Düsennach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung der Schutzmediumzuführungsanordnung direkt auf dem äußeren Düsenrohr (1) und einer auf das Düsenröhr (2) aufgelöteten oder geschweißten Hülse (10) erfolgt.

09 8 26/043 8

ORIGINAL INSPECTED

- 11 .. - 21GD39

5. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms 4, dadurch geke nn zeichnet, daß als Dicht- und Befestigungsmittel zwischen dem äußeren Düsenrohr (1) und dem Stahlpanzer des Konverters (5) ein keramischer Kitt (8) eingesetzt wird.

6_e Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen aus einem metallischen Dichtungsring (9,16,26) und Verschraubungen (11,15,25) bestehen und Verschiebemöglichkeiten zulassen.

7. Düse nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenzuführungsleitung von der Versorgungsleitung zur Düse für Frischgas und Schutzmedium frei von flexiblen Leitungsstücken oder Federungskörper sind.

8. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Düsenzuführungsleitungen Kugelgelenkverbindungen (28), die Drehbewegungen in allen Riohtungen zulassen, eingebaut sind.

309826/0438

ORIGINAL INSPECTED