DE2332186B1 - Vorrichtung zum Durchmischen einer flüssigen Metallphase mit anderen Phasen - Google Patents

Description

• Vorzugsweise wird das Rohr so in die flüssigen Phasen
• eingetaucht, daß das obere Ende des Rohrstücks zum Teil in die leichtere Phase und mit dem anderen Teil in die schwerere Phase eintaucht.
• Es ist von Vorteil, wenn dem Gas die Feststoffe, gegebenenfalls auch flüssige Stoffe, pulsierend zugegeben werden.
• Es gehört zum Stand der Technik, mittels Mischdüsen verschiedene Gaskomponenten zu durchmischen.
• Ebenso ist es bekannt, flüssige Metalle mit Gasen zu verdüsen. Bisher wurde aber nicht der Versuch unternommen, zwangsmäßig eine intensivere Durchmengung der Gasphase und der flüssigen Phase und gleichzeitig eine intensivere Durchmengung der mit der Gasphase eingetragenen Feststoffphase mit dem flüssigen Metall herbeizuführen. Erfindungsgemäß werden Schlacke und Metall zwangsmäßig miteinander »verdüst«. Auf Grund der räumlichen Anordnung werden weiträumige Bewegungen, die zu langen Diffusionswegen führen würden, vermieden.
• Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt, F i g. 2 einen Schnitt gemäß ll-ll der F i g. 1, F i g. 3 eine andere Ausführungsform, eingetaucht in ein Metall/Schlacke-Bad und Fig.4 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß IV-IV der F i g. 3.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus dem zentralen Rohr 1, das im Bereich seiner Austrittsöffnung 3 mit Abstand von einem Rohrstück 2 umgeben ist. Das Rohrstück 2 kann über Stege 8 mit dem zentralen Rohr verbunden sein (F i g. 2), es kann aber auch als massiver Teil (F i g. 4) ausgeführt sein. Wesentlich ist, daß das zentrale Rohr 1 im Bereich der Austrittsöffnung 3 koaxial von Durchgängen 4 umgeben ist. Gemäß der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 ist ein lediglich durch Stege 8 unterbrochener Durchgang 4 vorgesehen, während gemäß F i g. 3 und 4 die Durchgänge 4 durch koaxial angeordnete Bohrungen gegeben sind. Wie F i g. 1 zeigt, verjüngt sich der Durchgang 4 und mündet in Höhe der Austrittsöffnung 3 des zentralen Rohres 1 in einen Rohrabschnitt 5 gleichbleibenden Durchmessers ein. Im Anschluß an diesen Rohrabschnitt 5 folgt ein sich diffusorartig erweiternder Teil 6, der in die rohrartige Austrittsöffnung 7 mündet. Der Rohrabschnitt 5, der Diffusor 6 und die rohrartige Austrittsöffnung 7 bilden den Durchmischungsraum.
• In der Ausführungsform gemäß F i g. 3 weist ein Teil der Durchgänge 4 eine verkürzte Länge auf. Diese Durchgänge sind zur Unterscheidung mit der Bezugsziffer 9 versehen worden. Im Einsatz ist es daher möglich, daß ein Teil der Durchgänge 4, 9 mit dem oberen Ende in die leichtere flüssige Phase (Schlacke 10) und der andere Teil in die schwerere flüssige Phase (Metall 11) eintaucht Vorzugsweise beträgt der Öffnungswinkel im Diffusor 6 gegenüber der Achse 0 bis 40°, insbesondere 10 bis 30".
• Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Durch das zentrale Rohr werden Gas-Flüssig- oder Gas-Fest-Flüssig-Gemenge, insbesondere aber Gase oder Gasfeststoffgemische gegeben. Die Innenabmessungen des zentralen Rohres 1 sind wie beim bekannten Stand der Technik (Mischdüsen oder Lanzen) so gewählt, daß das zugeführte Gemisch optimal die Austrittsöffnung 3 verläßt. Auf Grund des Impulses wird durch die Durchgänge 4 Schlacke und/oder Metall gefördert und im Durchmischungsraum intensiv bei kurzen Diffusionswegen mit dem durch das zentrale Rohr 1 geförderten Gemisch vermischt. Im Rohrabschnitt gleichbleibenden Durchmessers 5 werden der durch das zentrale Rohr 1 geförderte Gasstrom und das flüssige Metall (bzw. die Schlacke) hinsichtlich ihrer Gesamtbewegungsrichtung parallel geführt. Die hohe Gasaustrittsgeschwindigkeit liefert zusammen mit dem Metall-und Schlackezutritt im Rohrabschnitt 5 turbulente Strömungen, die sich auch im anschließenden Diffusor 6 fortsetzen können. Der Durchgang 4 kann auch unmittelbar in den Diffusor 9 übergehen. Die Vorrichtung kann mit kontinuierlichem Gasstrom als auch pulsierend betrieben werden. Ebenso können dem Gasstrom Feststoffe oder Flüssigkeiten kontinuierlich oder pulsierend zugegeben werden. Es kann weiterhin empfehlenswert sein, durch Schikanen oder Einbauten im Bereich der Austrittsöffnung 3 dem Gemisch einen entsprechenden Drall zu geben.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Durchmischen einer flüssigen Metallphase mit einer Gasphase und gegebenenfalls weiteren festen oder flüssigen Phasen, g e k e n n -z ei eh n e t durch ein für die Gaszufuhr dienendes zentrales Rohr (1) mit Austrittsöffnung (3) am freien Ende und ein im Bereich der Austrittsöffnung (3) koaxial und mit Abstand angeordnetes Rohrstück (2), welches mit seinem oberen Ende das zentrale Rohr (1) unter Bildung eines oder mehrerer koaxialer Durchgänge (4) umgibt und mit seinem unteren Ende das zentrale Rohr (1) zur Bildung eines Durchmischungsraums (5,6, 7) übersteht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchgang (4) verjüngt und im Anschluß an die Austrittsöffnung (3) des zentralen Rohres (1) in einen diffusorartigen Durchmischungsraum (6) übergeht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (2) zwischen Durchgang (4) und diffusorartigem Durchmischungsraum (6) in Höhe der Austrittsöffnung (3) des zentralen Rohres (1) einen Rohrabschnitt (5) gleichbleibenden Innendurchmessers aufweist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der am oberen Ende des Rohrstücks (2) befindlichen Durchgänge (4) eine verkürzte Länge aufweist.
5. 5. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Durchmischen von Metall/Schlacke, wobei durch das zentrale Rohr (1) Gas, gegebenenfalls mit Feststoff oder auch Flüssigkeit vermischt, geblasen wird und das Rohrstück (2) mit seinem oberen Ende in die Schlacke und mit seinem unteren Ende in das Metallbad eintaucht.
6. 6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas die Feststoffe und/oder Flüssigstoffe pulsierend zugegeben werden.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Durchmischen einer flüssigen Metallphase mit einer Gasphase und gegebenenfalls weiteren festen oder flüssigen Phasen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Vorrichtung für metallurgische Zwecke.

   Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde. Bei vielen metallurgischen Verfahrensvorgängen ist eine intensive Reaktion zwischen den flüssigen Metallen und Gasen erwünscht Ebenso können Reaktionen zwischen Metallen und festen und/oder flüssigen Schlacken, gegebenenfalls auch zwischen zwei flüssigen Metallphasen, angestrebt werden, wobei als Antriebsmittel für den Durchmischungsvorgang ein Gas verwendet werden kann. Zu den bekannten Verfahren für die Reaktion zwischen der Gasphase und flüssigem Eisen bzw. flüssigen Stahl und seinen Legierungen gehört das Sauerstofffrischen selbst sowie die verschiedenen Anwendungsformen in Gestalt des Einblasens von Luft, Sauerstoff/Argon-Gemischen oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen. Zur Erzielung gleichmäßiger Temperaturverteilung und Konzentrationsverteilung von Legierungs- oder Desoxydationsmitteln, also letzten Endes für die Homogenisierung des Bades, ist eine an- dere Anwendungsform bekannt, z. B. das Einblasen von Argon in das Bad. Hierbei erfolgt eine mehr mechanische Nutzung des Gases als Antriebsmotor zum Umspülen. Ein Anwendungsbeispiel für das Einblasen von festen Stoffen, die ihrerseits mit der Stahlschmelze reagieren, ist das Einblasen von Legierungs-, Desoxydations- oder Entschwefelungsmitteln mit Hilfe von Trägergasen. Ein weiteres Beispiel für die Anwendung von Gasen bei Feststoffreaktionen ist das Einblasen von festen Stoffen wie Kalziumkarbid, Kalk-Stickstoff oder Kalk zur Entschwefelung von Roheisen oder Stahl. Hierbei hat das Gas, z. B. Luft, Argon oder Stickstoff, die Funktion eines Trägergases. Weiterhin gehört es auch zum Stand der Technik, Kohlenstoff mit Luft oder anderen Gasen zum Zwecke des Aufkohlens in Stahlschmelzen einzublasen. All die genannten Verfahren haben den Nachteil, daß die Gasblasen unmittelbar nach Verlassen der Austrittsöffnungen des Spülsteins oder des Gaseinleitungsrohres eine freie Bewegung in der Schmelze ausüben und daher letzten Endes im flüssigen Metall nur solche Bewegungen induzieren, wie sie aus ihrer Größe und dem Dichteunterschied resultieren. Die Mischungs- und Vermengungsreaktionen sowohl zwischen dem Metall und der Gasphase als auch zwischen den Feststoffen oder den anderen flüssigen Phasen und dem flüssigen Metall laufen aber nicht sonderlich intensiv ab, da die durch Diffusion zu überwindenden Wege recht groß bleiben oder die Mischbewegungen so langsam erfolgen, daß eine längere Behandlungsdauer erforderlich wird.

   Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung anzugeben, die eine Intensivierung des Durchmischungs- und Durchmengungsvorgangs der erwähnten Phasen ermöglicht. Insbesondere soll die flüssige Metallphase mit einer Gasphase und gegebenenfalls einer Schlackenphase vermischt werden.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst mit einem für die Gaszufuhr dienenden zentralen Rohr mit Austrittsöffnung am freien Ende und einem im Bereich der Austrittsöffnung koaxial und mit Abstand angeordneten Rohrstück, welches mit seinem oberen Ende das zentrale Rohr unter Bildung von koaxialen Durchgängen umgibt und mit seinem unteren Ende das zentrale Rohr zur Bildung eines Durchmischungsraums übersteht Vorzugsweise weist das Rohrstück einen sich verjüngenden Durchgang auf, der im Anschluß an die Austrittsöffnung des zentralen Rohres in einen diffusorartigen Durchmischungsraum übergeht In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist das Rohrstück zwischen dem Durchgang und dem diffusorartigen Durchmischungsraum in Höhe der Austrittsöffnung des zentralen Rohres einen Rohrabschnitt gleichbleibenden Durchmessers auf.

   In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist ein Teil der am oberen Ende des Rohrstücks befindlichen Durchgänge eine verkürzte Länge auf. Diese Vorrichtung ist besonders für die Durchmischung zweier flüssiger Phasen, z. B. Stahl mit Schlacke geeignet.

   Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise zum Durchmischen von Metall/Schlacke-Phasen verwendet, wobei durch das zentrale Rohr Gas, vorzugsweise mit Feststoff vermischt, geblasen wird und das Rohrstück mit seinem oberen Ende in die Schlacke und seinem unteren Ende in das Metallbad eintaucht.