EP0376008B1 - Gaseintragssystem - Google Patents

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EP0376008B1
EP0376008B1 EP89122476A EP89122476A EP0376008B1 EP 0376008 B1 EP0376008 B1 EP 0376008B1 EP 89122476 A EP89122476 A EP 89122476A EP 89122476 A EP89122476 A EP 89122476A EP 0376008 B1 EP0376008 B1 EP 0376008B1
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gas
container
nozzle
nozzles
container wall
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Reinhard Dipl.-Ing. Strigl
Manfred Dr.-Ing. Rossmann
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/238—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using vibrations, electrical or magnetic energy, radiations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/21—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams with submerged injectors, e.g. nozzles, for injecting high-pressure jets into a large volume or into mixing chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/40—Mixers using gas or liquid agitation, e.g. with air supply tubes
    • B01F33/406—Mixers using gas or liquid agitation, e.g. with air supply tubes in receptacles with gas supply only at the bottom
    • B01F33/4062—Mixers using gas or liquid agitation, e.g. with air supply tubes in receptacles with gas supply only at the bottom with means for modifying the gas pressure or for supplying gas at different pressures or in different volumes at different parts of the bottom
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/71—Feed mechanisms
    • B01F35/717—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer
    • B01F35/71755—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer using means for feeding components in a pulsating or intermittent manner

Definitions

  • the invention relates to a device for introducing gas into a molten metal, which is located in a container.
  • the present invention is therefore based on the object of designing a device of the type mentioned at the outset in such a way that fine-bubble gas entry is achieved in a simple and economical manner.
  • This object is achieved in that on the container bottom with a pressure line for highly compressed gas in connection with floor nozzles for introducing gas into the molten metal are arranged, which are connected to valves that allow a high-frequency pulsating gas entry.
  • the floor nozzles emit gas pulsating into the molten metal essentially in a vertical direction. As high-frequency gas pulsation as possible ensures that the gas bubbles tear off in small dimensions. A conglomeration of small gas bubbles to large ones is prevented.
  • Platter valves, fast-acting solenoid valves or other fast-opening and closing valves can be used to pulsate the gas. The valves are arranged immediately before the gas enters the floor nozzles.
  • At least one nozzle is preferably additionally arranged such that its outlet opening points in a substantially horizontal direction which includes an angle with the tangent of the container wall which is equal to or greater than 0 ° and less than 90 °.
  • the gas can be blown into the molten metal in such a way that the molten metal is set in rotation about the vertical cylinder or pan axis.
  • the gas bubbles that enter the rotating molten metal experience shear forces that prevent large gas bubbles from forming.
  • the nozzle is expediently arranged that its outlet opening points in a substantially horizontal direction, which includes an angle of approximately 0 ° to approximately 30 ° with the tangent of the container wall.
  • the nozzle is preferably installed on the container wall or in the immediate vicinity of the container wall in the container such that the outlet opening is immersed in the molten metal.
  • the molten metal can be easily rotated by blowing in gas, and on the other hand, there are no disruptive nozzles in the interior of the container to prevent the rotating molten metal.
  • a plurality of nozzles are attached in the container along the container wall in such a way that their outlet openings point essentially in a direction parallel to the tangent of the container wall.
  • the container can be designed, for example, as a pan for post-treating a molten metal. It is expedient to provide the nozzle with a nozzle head made of porous material, on the one hand to ensure a fine-bubble gas input and on the other hand to be armed against high thermal loads caused by the hot molten metal. In order to prevent the outlet openings from becoming blocked, a porous stone with directed porosity is preferably used.
  • the floor nozzles are also preferably provided with nozzle heads made of porous material.
  • a high gas pressure is applied to the nozzle to flush the molten metal.
  • the nozzle is connected to a pressure line for highly compressed gas.
  • the application can be continuous or pulsating.
  • the floor nozzles are also connected to pressure lines for highly compressed gas.
  • the quick-opening and closing valves mentioned are arranged in the pressure lines immediately before the floor nozzles.
  • the gas introduction system according to the invention is particularly suitable for use in so-called ladle metallurgy, that is to say when post-treating metal in the ladle.
  • the gas entry system can also be used to effectively purge steel melts, which due to their particularly high density cannot be adequately treated with conventional gas flushing systems.
  • the gas feed system according to the invention also has the decisive advantage of not having to move mechanically moving parts. This represents a significant advantage over stirring systems, which cannot be used in steel treatment, for example, because of the high density of the molten steel.
  • the figure shows a pan for post-treatment of molten steel.
  • molten steel 2 which is to be treated by purging with nitrogen.
  • Nozzles 4 with nozzle heads 5 made of porous stone are arranged on the pan shell 3.
  • the porous stone has a directed porosity.
  • the nozzles 4 are arranged such that the outlet openings of the nozzle heads 5 are directed essentially parallel to the pan jacket 3.
  • the nozzles 4 are charged with highly compressed nitrogen gas via a pressure line (not shown). The nozzles 4 blow the gas into the molten steel so that it is rotated around the vertical pan axis. Via bottom nozzles 7 installed on the pan bottom 6, nitrogen gas is pulsed into the molten steel from below.
  • the floor nozzles 7 are connected to pressure lines (not shown) for highly compressed nitrogen gas. Immediately in front of the floor nozzles 7, fast-acting solenoid valves are arranged in the pressure lines, which allow a pulsating gas input.
  • the floor nozzles 7 are designed as porous plug stones with directed porosity in order to prevent blockages by the molten steel.
  • the pulsating gas input ensures that the gas bubbles tear off in a small extent when they come into contact with the rotating steel melt and are carried along by the rotating steel melt. A conglomeration of the small gas bubbles to large ones is prevented.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eintragen von Gas in eine Metallschmelze, die sich in einem Behälter befindet.
  • Es ist bekannt, Gaseintragssysteme zum Spülen von Metallschmelzen in einer Pfanne zu verwenden. Beispielsweise werden Stahlschmelzen oder Aluminiumschmelzen durch Spülen mit Inertgas nachbehandelt. Das Gas wird über Lanzen auf die Schmelzen aufgeblasen oder durch Düsen oder Stopfen vom Boden der Pfanne aus von unten eingetragen. Insbesondere bei Medien mit hoher Dichte ist ein feinblasiger Eintrag mit dem herkömmlichen Gaseintragssystem aber nicht gewährleistet. Aufgrund der hohen Dichte des Mediums vereinigen sich unmittelbar hinter der Gaseintragsvorrichtung die ursprünglich kleinen Gasblasen zu einer großen, wodurch beispielsweise beim Nachbehandeln einer Metallschmelze die Spülwirkung verschlechtert wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise ein feinblasiger Gaseintrag erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem Behälterboden mit einer Druckleitung für hochverdichtetes Gas in Verbindung stehende Bodendüsen zum Eintragen von Gas in die Metallschmelze angeordnet sind, die mit Ventilen in Verbindung stehen, die einen hochfrequent pulsierenden Gaseintrag ermöglichen.
  • Die Bodendüsen geben Gas im wesentlichen in vertikaler Richtung nach oben pulsierend in die Metallschmelze ab. Durch eine möglichst hochfrequente Gaspulsation wird erreicht, daß die Gasblasen in kleiner Ausdehnung abreißen. Eine Konglomerierung kleiner Gasblasen zu großen wird verhindert. Zur Pulsierung des Gases können Platterventile, schnellarbeitende Magnetventile oder anderweitig schnell öffnende und schließende Ventile verwendet werden. Die Ventile sind unmittelbar vor dem Gaseintritt in die Bodendüsen angeordnet.
  • Bei einer zylinder- oder pfannenförmigen Ausbildung des Behälters mit im wesentlichen vertikaler Achse ist vorzugsweise zusätzlich mindestens eine Düse so angeordnet, daß ihre Austrittsöffnung in eine im wesentlichen horizontale Richtung zeigt, die mit der Tangente der Behälterwand einen Winkel einschließt, der gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° ist.
  • Auf diese Weise kann das Gas so in die Metallschmelze eingeblasen werden, daß die Metallschmelze in eine Rotation um die vertikale Zylinder- bzw. Pfannenachse versetzt wird. Die in die rotierende Metallschmelze eingetragenen Gasblasen erfahren Scherkräfte, die ein Entstehen von großen Gasblasen verhindern.
  • Es ist vorteilhaft, das Gas nahezu parallel zur Behälterwand in die Metallschmelze einzublasen, um diese in Rotation zu versetzen. Hierzu ist die Düse zweckmäßigerweise so angeordnet, daß ihre Austrittsöffnung in eine im wesentlichen horizontale Richtung zeigt, die mit der Tangente der Behälterwand einen Winkel von ca. 0° bis ca. 30° einschließt.
  • Vorzugsweise ist die Düse an der Behälterwand oder in unmittelbarer Nähe der Behälterwand im Behälter so installiert, daß die Austrittsöffnung in die Metallschmelze eintaucht. Durch diese Anordnung kann einerseits die Metallschmelze durch Einblasen von Gas leicht in Rotation versetzt werden, andererseits stehen der rotierenden Metallschmelze keine störenden Düsen im Behälterinneren im Wege. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden mehrere Düsen entlang der Behälterwand so im Behälter angebracht, daß ihre Austrittsöffnungen im wesentlichen in eine Richtung parallel zur Tangente der Behälterwand zeigen.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, die Düse unmittelbar über dem Behälterboden anzuordnen. Auf diese Weise wird der gesamte Behälterinhalt durch die rotierenden und aufsteigenden Gasblasen erfaßt.
  • Der Behälter kann z.B. als Pfanne zum Nachbehandeln einer Metallschmelze ausgebildet sein. Dabei ist es zweckmäßig, die Düse mit einem Düsenkopf aus porösem Material zu versehen, um einerseits einen feinblasigen Gaseintrag zu gewährleisten und andererseits vor hohen thermischen Belastungen durch die heiße Metallschmelze gewappnet zu sein. Um ein Verstopfen der Austrittsöffnungen zu verhindern, wird bevorzugt ein poröser Stein mit gerichteter Porösität verwendet. Auch die Bodendüsen sind vorzugsweise mit Düsenköpfen aus porösem Material versehen.
  • Zum Spülen der Metallschmelze wird die Düse mit hohem Gasdruck beaufschlagt. Hierzu steht die Düse mit einer Druckleitung für hochverdichtetes Gas in Verbindung. Die Beaufschlagung kann kontinuierlich oder pulsierend erfolgen.
  • Auch die Bodendüsen stehen mit Druckleitungen für hochverdichtetes Gas in Verbindung. In den Druckleitungen sind unmittelbar vor den Bodendüsen die erwähnten schnell öffnenden und schließenden Ventile angeordnet.
  • Das erfindungsgemäße Gaseintragssystem eignet sich insbesondere zum Einsatz bei der sogenannten Pfannenmetallurgie, also beim Nachbehandeln von Metall in der Pfanne. Mit dem Gaseintragssystem können auch Stahlschmelzen, die aufgrund ihrer besonders hohen Dichte mit herkömmlichen Gasspülsystemen nur unzureichend behandelt werden können, wirksam mit Gas gespült werden. Neben dem Vorteil eines besonders feinblasigen Gaseintrags weist das erfindungsgemäße Gaseintragssystem auch den entscheidenden Vorzug auf, ohne mechanisch bewegte Teile auszukommen. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil gegenüber Rührsystemen dar, die zudem beispielsweise bei der Stahlbehandlung wegen der hohen Dichte der Stahlschmelze nicht eingesetzt werden können.
  • Im folgenden sei die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung schematisch dargestellten Auführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die Figur zeigt eine Pfanne zur Nachbehandlung von Stahlschmelze.
  • In der Pfanne 1 befindet sich Stahlschmelze 2, die durch Spülen mit Stickstoff nachbehandelt werden soll. Am Pfannenmantel 3 sind Düsen 4 mit Düsenköpfen 5 aus porösem Stein angeordnet. Um ein Verstopfen der Düsen 4 durch die Stahlschmelze 2 zu verhindern, weist der poröse Stein eine gerichtete Porösität auf. Die Düsen 4 sind so angeordnet, daß die Austrittsöffnungen der Düsenköpfe 5 im wesentlichen parallel zum Pfannenmantel 3 gerichtet sind. Zum Spülen der Stahlschmelze werden die Düsen 4 über eine nicht dargestellte Druckleitung mit hochverdichtetem Stickstoffgas beaufschlagt. Die Düsen 4 blasen das Gas so in die Stahlschmelze ein, daß diese in eine Rotation um die vertikale Pfannenachse versetzt wird. Über am Pfannenboden 6 installierte Bodendüsen 7 wird pulsierend Stickstoffgas von unten in die Stahlschmelze eingetragen. Hierzu stehen die Bodendüsen 7 mit nicht dargestellten Druckleitungen für hochverdichtetes Stickstoffgas in Verbindung. Unmittelbar vor den Bodendüsen 7 sind in den Druckleitungen schnell arbeitende Magnetventile angeordnet, die einen pulsierenden Gaseintrag ermöglichen. Die Bodendüsen 7 sind als poröse Stopfensteine mit gerichteter Porösität ausgebildet, um Verstopfungen durch die Stahlschmelze zu verhindern. Durch den pulsierenden Gaseintrag wird erreicht, daß die Gasblasen beim Kontakt mit der rotierenden Stahlschmelze in kleiner Ausdehnung abreißen und von der rotierenden Stahlschmelze mitgenommen werden. Eine Konglomerierung der kleinen Gasblasen zu großen wird verhindert.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Eintragen von Gas in eine Metallschmelze, die sich in einem Behälter befindet, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Behälterboden (6) mit einer Druckleitung für hochverdichtetes Gas in Verbindung stehende Bodendüsen (7) zum Eintragen von Gas in die Metallschmelze angeordnet sind, die mit Ventilen in Verbindung stehen, die einen hochfrequent pulsierenden Gaseintrag ermöglichen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zylinder- oder pfannenförmigen Ausbildung des Behälters (1) mit im wesentlichen vertikaler Achse zusätzlich mindestens eine mit einer Druckleitung für hochverdichtetes Gas in Verbindung stehende Düse (4) so angeordnet ist, daß ihre Austrittsöffnung (5) in eine im wesentlichen horizontale Richtung zeigt, die mit der Tangente der Behälterwand (3) einen Winkel einschließt, der gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (5) in eine im wesentlichen horizontale Richtung zeigt, die mit der Tangente der Behälterwand (3) einen Winkel von ca. 0° bis ca. 30° einschließt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) an der Behälterwand (3) oder in unmittelbarer Nähe der Behälterwand (3) im Behälter (1) so angeordnet ist, daß die Austrittsöffnung (5) in die Metallschmelze (2) eintaucht.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) unmittelbar über dem Behälterboden (6) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) einen Düsenkopf (5) aus porösem Material aufweist.
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