DE2757512C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Blasdüse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4
angegebenen Art.
Es ist bekannt, die Blasdüsen gegen den Hitzeverschleiß
mittels einer Umfangseinführung eines flüssigen oder gas
förmigen Schutzfluids rings um das Hauptraffinierfluid,
das reiner Sauerstoff sein kann, zu schützen.
Die Erfindung bezieht sich nur auf die durch eine Flüssig
keit geschützten Blasdüsen. Eine solche Schutzflüssigkeit
kann aus Wasser, flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie z. B.
Heizöl oder flüssigem Butan, aus flüssigem Kohlendioxid,
aus einem Gemisch verschiedener Flüssigkeiten, aus einer
Emulsion usw. bestehen. Die Erfindung ist bei jeder Art
von Schutzflüssigkeit anwendbar. Ihre Verwendung ist für
Düsen mit zwei oder drei oder auch mehr Rohren gegeben.
In der älteren DE-PS 27 14 131 ist ein Verfahren zum
Schutz der Düsen zum Blasen von reinem Sauerstoff durch
einen Stahlwerkskonverterboden durch Variieren des Durch
satzes einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Umfangs
schutzflüssigkeit beim Frischen flüssigen Roheisens zu
Stahl vorgeschlagen worden, das sich dadurch kennzeichnet,
daß man eine Durchsatzregulierung in drei Phasen durch
führt, wovon die erste Phase vom Beginn des Frischens bis
zu einem Kohlenstoffgehalt des Metallbades von 0,3 bis
0,7% reicht und einen verminderten Schutzflüssigkeits
durchsatz DR=0,4-0,6 DN aufweist, die zweite Phase
anschließend bis zum Blasen von 90-95% des gesamten zum
völligen Frischen des Metallbades erforderlichen Sauer
stoffvolumens reicht und einen Schutzflüssigkeitsdurchsatz
DN aufweist und die dritte oder Endphase von 90-95% zu
100% des gesamten erforderlichen Sauerstoffvolumens
reicht und einen erhöhten Schutzflüssigkeitsdurchsatz
DE=1,5-2 DN aufweist, wobei die Defination des Durch
satzes DN als Durchsatz zwischen 0,08 und 0,15 l/min je cm
des mittleren Umfangs des Durchlaßquerschnitts der Schutz
flüssigkeit in jeder der Düsen gilt, und daß bei Kalk
staubkonzentration im Sauerstoff über 3 kg/Nm³ Sauerstoff
oder Kalksteinstaubkonzentrationen im Sauerstoff über
1,5 kg/Nm³ Sauerstoff der Schutzflüssigkeitsdurchsatz jeder
der drei Phasen als lineare Funktion des Staubkonzen
trationsüberschusses im Sauerstoff gegenüber dem einen
bzw. anderen der genannten Werte nach einem derartigen
Änderungsgesetz verringert wird, daß bei einer im Ver
gleich mit diesen Werten doppelten Staubkonzentration der
Schutzflüssigkeitsdurchsatz auf die Hälfte vermindert
wird. Dabei ist vorgesehen, daß der Durchsatz DN der
Schutzflüssigkeit für einen Durchlaßquerschnitt der
Schutzflüssigkeit in jeder Düse zwischen 0,6 und 5 mm² je
cm des Umfanges zwischen 0,08 und 0,12 l/min je cm des Um
fanges beträgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Blasdüse der eingangs vorausgesetzten Art zu ent
wickeln, womit eine äußerst erhebliche und in gewisser
Hinsicht überraschende Verbesserung des Schutzgrades der
Düse gegen ihren Verschleiß beim Heißbetrieb erzielt wird.
Gleichzeitig ist ein verringerter Schutzflüssigkeitsver
brauch gegenüber dem üblichen Verbrauch anzustreben.
Um die Bedeutung der Erfindung besser bewerten zu können,
ist zweckmäßig auf die Größenordnung des üblichen Ver
brauchs an Schutzflüssigkeit und der Düsenverschleißge
schwindigkeiten hinzuweisen, die beispielsweise im Fall
von reinen Sauerstoff in einem Stahlwerkskonverter blasen
den und durch Umfangseinführung von Haushaltsheizöl
geschützten Düsen bekannt ist. In diesen Düsen liegt der
übliche Durchsatz an Heizöl im Bereich von 0,13 bis 0,15 l/min
und je cm mittleren Umfangs des Heizöldurchlaßringes
in jeder Düse. Es wird mit einem relativ niedrigen Druck
im Bereich von 4 bis 8 bar eingeführt, da der Zwischenraum
zwischen den beiden Rohren der Düse gewöhnlich eine Weite
von etwa 1 bis 1,5 mm aufweist. Unter den üblichen
Betriebsbedingungen liegt die Düsenverschleißgeschwindigkeit
in der Größenordnung von 8 bis 10 mm/h Blasdauer beim
Frischen von Roheisen zu Stahl.
Mit der Erfindung sind also, wie bereits erwähnt, gleich
zeitig ein niedrigerer Schutzflüssigkeitsverbrauch und
eine erheblich verzögerte Verschleißgeschwindigkeit der
Blasdüsen und des feuerfesten Konverterbodens anzustreben.
Die genannte Abgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren
bzw. der Blasdüse der im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 4
angegebenen Art durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 4 gelöst.
In dem erfindungsgemäßen engen Durchlaßquerschnitt muß die
Schutzflüssigkeit natürlich unter Berücksichtigung der
starken Druckverluste mit einem ausreichend hohen Druck
von wenigstens 15 bar und meistens mit erheblich höherem
Druck in der Größenordnung von 30 bis 50 bar eingeblasen
werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen 2, 3, 5 und 6 gekennzeichnet.
Im besonderen Fall, wo die Schutzflüssigkeit flüssiges
Kohlendioxid ist, wird vorgeschlagen, einen Druck in der
Größenordnung von 30 bis 50 bar aufrechtzuerhalten und
einen Durchsatz im Bereich von 0,09 bis 0,14 l/min/cm
Umfang einzuhalten, wobei der hohe Druck dann unter anderem
deshalb erforderlich ist, damit das Kohlendioxid in der
Düse im flüssigen Zustand bleibt.
Falls das oxydierende Gas, das durch das Innenrohr jeder
Düse strömt, reiner Sauerstoff ist, gelten die oben
erwähnten Schutzflüssigkeitsdurchsätze für stromauf der Düse
gemessene Sauerstoffdrücke von höchstens gleich 10 bar.
Für jeden effektiven Druck (p) an reinem Sauerstoff über
10 bar müssen die vorstehenden Schutzflüssigkeitsdurch
satzwerte gemäß Patentanspruch 3 mit
multipliziert werden, und die Erhöhung des Durchsatzes muß durch
Erhöhung des Einführungsdrucks der Schutzflüssigkeit und
ohne Abänderung des Durchlaßquerschnitts der Schutzflüssig
keit vorgenommen werden.
Diese Korrektur der Schutzflüssigkeitsdurchlaßregelung
wird durch die Überhitzung der im Bad erzeugten Reaktions
zone vor der betrachteten Düse durch einen besonders hohen
Durchsatz an reinem Sauerstoff erforderlich.
Falls der reine Sauerstoff Pulver, beispielsweise Kalkpulver,
in Suspension erhält, was im Metallbad einen gewissen
Abkühleffekt ergibt, muß eine gewisse Korrektur des
Schutzflüssigkeitsdurchsatzes in entgegengesetzter
Richtung und als Funktion des Pulverdurchsatzes vorgenommen
werden.
Wie man aus vorstehenden Angaben ersieht, besteht das erfindungs
gemäße Verfahren im wesentlichen darin, die Schutzflüssigkeit
unter starkem Druck in einen sehr geringen Durchlaßquerschnitt
einzuführen. Der starke Druck sichert eine sehr gute Verteilung
der Schutzflüssigkeit und damit des Massenkühleffekts über
den ganzen Umfang der Düse, während der sehr geringe Durch
laßquerschnitt einen Durchsatz und damit einen Verbrauch an
Flüssigkeit sichert, die niedrig sind.
Der überraschende Effekt ist, daß, wenn der Druck des
Schutzfluids ausreichend hoch ist, die Wirkung einer guten
Verteilung des Schutzes um den zentralen Strahl des oxydierenden
Gases gegenüber der Gesamtkühlwirkung vorzuherrschen scheint.
Dies war nicht ohne weiteres vorauszusehen, und man benötigte
umfangreiche Versuche, um dieses überraschende Ergebnis
eines besseren Schutzes der Düse mit einem geringeren Verbrauch
an Schutzflüssigkeit zu erzielen.
Diese ausgezeichneten Ergebnisse werden nur mit sehr geringen
Durchlaßquerschnitten, z. B. mit einem Schutzflüssigkeits
durchlaßring erreicht, dessen Weite in der Größenordnung eines
Zehntelmillimeters oder manchmal sogar noch weniger ist, d. h.
man wendet Durchlaßquerschnitte der Flüssigkeit an, die 10
bis 15mal geringer als die üblichen Durchlaßquerschnitte der
Düsen bekannter Art sind.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele von
Düsen näher erläutert. Es handelt sich in den beiden Fällen
um eine Düse aus zwei konzentrischen Rohren. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Viertel des Querschnitts einer Düse nach der
ersten Ausführungsart in weit über 1 liegendem
vergrößerten Maßstab;
Fig. 2 die geometrischen Merkmale einer Zentrierkante; und
Fig. 3 einen Querschnitt eines Teils einer zweiten Aus
führungsart der Düse.
Nach Fig. 1 und 2 hat das innere Rohr 1 einen Innendurchmesser
von 28 mm und einen Außendurchmesser von 38 mm.
Das äußere Rohr 2 hat einen Innendurchmesser von 38,2 mm
und einen Außendurchmesser von 48 mm.
Das innere Rohr 1 ist im äußeren Rohr 2 mittels Kanten 3
zentriert, die sich als Flachrelief auf dem Innenrohr 1 befinden.
Der Gesamtdurchlaßquerschnitt der Schutzflüssigkeit besteht
aus der Summe der Einzelabschnitte 4 zwischen den Kanten 3. Er
beträgt hier etwa 11 mm². Er erstreckt sich über einen
12 cm langen Umfang der inneren Wand des äußeren Rohres 2.
Die Länge der Düse beträgt 1010 mm.
Die Zentrierkanten 3 in Fig. 1 können verschiedene
geometrische Merkmale aufweisen. Unter den besten sei das
in Fig. 2 dargestellte Kantenprofil 3 genannt: Die Außenseite
des inneren Rohres 1 weist unter regelmäßig verteilten
Abständen Längskanten 3 auf, von denen in Fig. 2 im Querschnitt
nur eine dargestellt ist: Es ist eine Auswölbung mit 0,6 mm
Radius, 0,6 mm Breite und 0,1 mm Höhe. Der Abstand zweier
benachbarter Kanten ist 11,9 mm, d. h. es gibt 10 gleiche
Kanten auf dem Umfang mit 38 mm Durchmesser.
Eine zweite Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Düse,
die als nicht beschränkendes Beispiel erwähnt wird, besteht
darin, die Außenseite des inneren Rohres der Düse mit regel
mäßig um den Umfang verteilten Längskanälen zu versehen. So
können für ein Innenrohr mit einem Innendurchmesser von 28 mm
und einem Außendurchmesser von 38 mm die Kanäle einen in Fig. 3
dargestellten Querschnitt aufweisen: In dieser Figur hat das
Innenrohr 5 zum äußeren Rohr 6 ein maximales Spiel von 0,03 mm;
dieses Innenrohr 5 ist mit Längskanälen 7 versehen, die eine
Breite von 1,6 mm und eine Höhe von 0,15 mm aufweisen. Diese
Kanäle weisen von Kanalmitte zu Kanalmitte Abstände von 2,38 mm
auf, so daß das Rohr 5 mit 50 Kanälen 7 an seiner Außenseite
versehen ist.
Zum Frischen des Roheisens kann eine Düse gemäß einer der
oben beschriebenen Ausführungsarten beispielsweise folgender
maßen funktionieren, was das Einführen der Schutzflüssigkeit
betrifft:
- 1) Vom Beginn des Frischens an bis zu einem Kohlenstoffgehalt des Metallbades in der Größenordnung von 0,500% ist der Einführungsdruck der Schutzflüssigkeit 29 bar, und der Durchsatz ist 0,054 l/min je 1 cm Umfang, d. h.: 0,054×12=0,65 l/min für jede Düse.
- 2) Unter einem Kohlenstoffgehalt des Bades von 0,500% und bis zum Ende des Frischens ist der Einführungsdruck der Flüssigkeit 44 bar, und der Flüssigkeitsdurchsatz ist 0,083 l/min und je 1 cm des Umfanges, d. h.: 0,083×12=1 l/min für jede Düse.
Für ein Blasen von 9 min in der ersten Stufe und 3 min in
der zweiten Stufe ist der Flüssigkeitsverbrauch je Düse:
0,65×9+1×3=5,85+3=8,85 l gegenüber 0,9×9+1,6×3=8,1+4,8=12,9 l für eine Düse bekannter Art und gleicher Abmessung.
0,65×9+1×3=5,85+3=8,85 l gegenüber 0,9×9+1,6×3=8,1+4,8=12,9 l für eine Düse bekannter Art und gleicher Abmessung.
Im Flüssigkeitsverbrauch ist der Gewinn mithin
12,9-8,85=4,05 l je Düse, d. h. =31%.
Dies sit ein erster sich aus dem erfindungsgemäßen Ver
fahren ergebender Vorteil. Jedoch der wesentliche Vorteil ist,
daß die Düsenverschleißgeschwindigkeit erheblich verringert
ist und die Haltbarkeit der Düsen und der Böden des Konverters
erheblich verbessert wird, was in bestimmten Fällen das Erreichen
einer Haltbarkeit des Bodens gleich derjenigen der seitlichen
Auskleidung des Konversters ermöglicht.
Die Erfindung ist besonders auf das Frischen der Stähle
anwendbar, doch läßt sie sich auch auf das Raffinieren der
Ferrolegierungen und der Steine von Nichteisenmetallen anwenden.
Unter Berücksichtigung der verringerten Schutzflüssigkeits
durchlaßquerschnitte gemäß der Erfindung wird zusätzlich
vorgeschlagen, einen Druck eines Spülgases, das beispielsweise
Stickstoff sein kann, von wenigstens 10 bar in den verringerten
Querschnitten als Ersatz für die Schutzflüssigkeit in den
Zeitabschnitten, wo die letztere nicht verwendet wird, z. B.
zwischen zwei aufeinanderfolgenden metallurgischen Vorgängen
einzusetzen, wenn das Hauptraffinierfluid, das reiner Sauerstoff
sein kann, gesperrt ist.
Claims (6)
1. Verfahren zum Verschleißschutz einer aus zwei oder mehr
konzentrischen Rohren aufgebauten Blasdüse zum Raffinieren
von Metallschmelzen, die mit Metallschmelze bedeckt ist
und deren inneres Rohr mit einem oxydierenden Gas, das reiner
Sauerstoff sein kann, und deren Umfangsdüse mit einem
Schutzmittel im flüssigen Zustand gespeist wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß, ausgenommen bei einer Durchsatzregulierung einer Kohlen
wasserstoffe enthaltenden Umfangsschutzflüssigkeit in
drei Phasen mit 0,4- bis 0,6fachem oder 1fachem oder
1,5- bis 2fachem Normaldurchsatz zum Frischen von Roh
eisen, der Durchlaßquerschnitt für die Schutzflüssigkeit in
der Düse auf höchstens 2 mm² je 1 cm des Innenumfangs des
äußeren Rohres der Düse eingestellt wird und der so je 1 cm dieses
Innenumfangs an der Stelle des Durchlaßquerschnitts der Schutz
flüssigkeit eingeführte Flüssigkeitsdurchsatz im Bereich
von 0,05 bis 0,14 l/min reguliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Frischen der Stähle im
bodenblasenden Konverter,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schutzflüssigkeitsdurchsatz vom Beginn des
Frischens bis zu einem Kohlenstoffgehalt des Metallbades in
der Größenordnung von 0,500% im Bereich von 0,05 bis
0,06 l/min und je 1 cm des Innenumfanges des äußeren Rohres reguliert wird,
während dieser Schutzflüssigkeitsdurchsatz anschließend bei weniger als
0,500% Kohlenstoff im Metallbad im Bereich von 0,08 bis
0,14 l/min und je 1 cm des Innenumfanges des äußeren Rohres reguliert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Betrieb mit kein
Pulver in Suspension enthaltendem reinem Sauerstoff als
das innere Rohr durchströmendes oxydierendes Gas,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden effektiven reinen Sauerstoffdruck (p) über
10 bar stromauf der Düse die Schutzflüssigkeitsdurchsatz
werte im Bereich von
l/min eingestellt werden.
4. Blasdüse zum Raffinieren von Metallschmelzen zur Durch
führung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
mit wenigstens zwei konzentrischen Rohren, wovon das äußere
Rohr mit einem Schutzmittel im flüssigen Zustand
gespeist wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gesamtdurchlaßquerschnitt der Schutzflüssigkeit,
der aus einem zusammenhängenden Ring sehr geringer Breite
oder auch aus einer Folge von kreisförmig angeordneten
unterbrochenen Zonen (4) besteht, höchstens 2 mm² je 1 cm
des Umfangs der inneren Wand des äußeren Rohres (2) der
Düse beträgt.
5. Düse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gesamtdurchlaßquerschnitt der Schutzflüssigkeit in
der Düse im Bereich von 1,2 bis 0,6 mm² je 1 cm des
Umfangs der inneren Wand des äußeren Rohres (2) der Düse
liegt.
6. Düse nach Anspruch 4 oder 5, mit einem aus einer Folge
von kreisförmig angeordneten unterbrochenen Zonen bestehenden
Gesamtdurchlaßquerschnitt der Schutzflüssigkeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß die unterbrochenen Zonen als regelmäßig um den Außen
umfang des inneren Rohres (5) der Düse verteilte Längs
kanäle (7) ausgebildet sind.
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