Gebiet der Technik
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Reparaturmittel, die im Eisenhüttenwesen
eingesetzt werden, und betrifft insbesondere eine Blasform zum Flammentorkretieren
eines metallurgischen Aggregats.
Zugrundeliegender Stand der Technik
[0002] Heutzutage sind die Anforderungen, die an die Qualität des auf die Auskleidung eines
metallurgischen Aggregats aufgetragenen Überzugs gestellt werden, gestiegen.
[0003] Es ist eine Blasform zum Flammentorkretieren(US-PS Nr. 3883078 vom 13.05.1975) allgemein
bekannt, die ein abkühlbares Gehäuse enthält, .in dem Rohrleitungen für die Zuführung
eines pulverförmigen Feuerfeststoff-Brennstoff-Gemisches und für die Sauerstoff zufuhrung
in das metallurgische Aggregat untergebracht sind, sowie eine Düse für deren Zuführung
an die Auskleidung des Aggregats hat, die an der Stirnwand der Rohrleitungen angebracht
und unter einem geraden Winkel relativ zu diesen gerichtet ist.
[0004] Als Feuerfeststoff wird feingemahlenes Periklaspulver und als Brennstoff Koksstaub
eingesetzt. Das Periklaspulver und der Koksstaub werden in einem Verhältnis 3 : 1
vermischt. Im weiteren wird dieses Gemisch als Torkretmasse bezeichnet.
[0005] Beim Auftragen der Torkretmasse auf die Auskleidung mittels der Blasform mit nur
einer Düse werden die Teilchen der Torkretmasse durch den Strahl des Sauerstoffs mitgenommen,
mit diesem vermischt und auf die Auskleidung aufgetragen. Der Brennstoff (Koksteilchen)
wird von der Auskleidung erhitzt, entflammt und verbrennt. In der Nähe der Auskleidung
und auf ihrer Oberfläche entsteht eine Hochtemperaturzone, und wenn die Periklasteilchen
in diese gelangen, werden sie bis zum plastischen Zustand erhitzt und beim Kontakt
mit der Oberfläche der Auskleidung schweissen sie sich an diese an, wobei ein Überzug
hergestellt wird, der mit dem Feuerfeststoff der Auskleidung fest verbunden ist.
[0006] Die Periklasteilchen,hauptsächlich im Umfangsbereich des Sauerstoffstrahls, die die
Oberfläche der Auskleidung in der Auftreffzone des mit der staubförmigen Torkretmasse
geladenen Sauerstoffstrahls auf die Auskleidung nicht berührt haben, werden durch
die von der Auftreffzone aufsteigenden Gase in das Gasreinigungssystem oder in die
Atmosphäre hinausgetragen.
[0007] Beim Flammentorkretieren eines metallurgischen Aggregats mittels der Blasform dieser
Konstruktion ist die Wirksamkeit beim Auftragen der Torkretmasse nicht hoch und beträgt
max. 50% (das Gewichtsverhältnis des sich im vorgegebenen Bereich angeschweissten
Feuersfestpulvers und des in das Aggregat zugeführten Feuerfestpulvers zueinander).
[0008] Es ist eine Blasform zum Flammentorkretieren (SU-Urheberschein Nr. 755851 vom 9.12.1977,
veröffentlicht im Bulletin "Entdeckungen, Erfindungen, Gebrauchsmuster, Warenzeichen",
Nr. 30, 15.08.1980) bekannt, die ein wassergekühltes Gehäuse enthält, in dem koaxial
angeordnete Rohrleitungen für die Zuführung der Torkretmasse und des Sauerstoffs in
den Aggregatenraum untergebracht sind, und mindestens eine Schlitzdüse für die Zuführung
der Torkretmasse an den zu reparierenden Bereich der Auskleidung hat, die mit der
Rohrleitung für die Zuführung der Torkretmasse in Verbindung steht und an der Seitenwand
in der Nähe der Stirnseite der Blasform parallel zur Achse der Rohrleitungen angebracht
ist, sowie Düsen für die Sauerstoffzuführung an den zu reparierenden Bereich der Auskleidung
einschliesst, die mit der Rohrleitung für die Sauerstoffzuführung verbunden und in
der Nähe der Kurzseiten jeder Schlitzdüse für die Zuführung der Torkretmasse angeordnet
sind.
[0009] Der Vorteil der Blasform dieser Konstruktion besteht in einer erhöhten Wirksamkeit
beim Auftragen der Torkretmasse, die durch das Auseinanderziehen der Torkretmasse
über die Oberfläche der Auskleidung entlang der längs verlaufenden Symmetrieebene
der Schlitzdüse erzielt wird.
[0010] Die Teilchen der Torkretmasse fliegen aus der Düse aus, werden von den Sauerstoffstrahlen
mitgenommen und in Richtung der Auskleidung in Form eines planparallelen Stromes eines
Gemisches aus Koks- und Periklasteilchen und Sauerstoff geleitet. Die Koksteilchen
werden von der Auskleidung des Aggregats erhitzt, entflammen und verbrennen unter
Bildung einer Hochtemperaturzone, in der die Periklasteilchen bis zum plastischen
Zustand erhitzt werden und sich an die Oberfläche der Auskleidung anschweissen, wobei
auf dieser ein.Überzug hergestellt wird.
[0011] Die Periklasteilchen, die sich an die Auskleidung nicht angeschweisst haben, werden
durch die vom Torkretierungsbereich aufsteigenden Gase in die Atmosphäre hinausgetragen.
Da die Fläche der planparallelen Strahls des Torkretmasse-Sauerstoff-Gemisches gross
ist, werden die Periklasteilchen durch die Oberfläche des genennten Strahls angesaugt
und wieder in Richtung zur Auskleidung hingelenkt. Die Wahrscheinlichkeit eines Anschweissens
der Periklasteilchen an die Auskleidung wird desto grösser, je mehr der planparallele
Strahl auseinandergezogen wird, d.h., je grösser die Strahloberfläche wird. Mit Hilfe
der Blasform dieser Konstruktion wird die Wirksamkeit beim Auftragen der Torkretmasse
bis zu 70% erreicht.
[0012] Durch die Anordnung der Sauerstoffdüsen in der Nähe der Kurzseiten jeder Schlitzdüse
für die Zuführung der Torkretmasse ist jedoch die Schlitzlänge durch die Bedingungen
für die Vermischung der Torkretmasse mit dem Sauerstoff beschränkt. Je länger der
Schlitz beim vorgegebenen Abstand der Düsen und der zu reparierenden Auskleidung voneinander
ist, desto schlechter dringt der Sauerstoff zur Mitte des schlitzförmigen Strahls
der Torkretmasse vor. Die Koksteilchen verbrennen in dieser Zone unvollständig, wodurch
die Qualität des aufzutragenden Überzugs verschlechtert sowie seine Haltbarkeit verringert
wird.
[0013] Je kürzer der Schlitz ist, desto besser vermischt sich der Sauerstoff mit der Torkretmasse
und desto höher ist die Qualität und die Haltbarkeit des Überzugs. Dabei verringert
sich jedoch die Wirksamkeit üeim Auftragen der Torkretmasse, d. h., der Effekt der
Dezentralisierung des planparallelen Strahls der Torkretmasse über die zu reparierende
Oberfläche der Auskleidung geht verloren, da sich die Oberfläche des Strahls des Torkretmasse-Sauerstoff-Gemisches
und entsprechend die Menge der Periklasteilchen, die durch diese Oberfläche aufgefangen
werden, verringert. Im Ergebnis hat die Blasform der genannten Konstruktion eine ungenügend
hohe Wirksamkeit beim Auftragen der Torkretmasse, und die Haltbarkeit des hergestellten
Überzugs ist nicht genügend hoch.
Offenbarung der Erfindung
[0014] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blasform zum Flammentorkretieren eines
metallurgischen Aggregats mit einer derartigen konstruktiven Ausführung ihrer Düsen
zu schaffen, durch die die Wirksamkeit beim Auftragen der Torkretmasse und die Haltbarkeit
des Überzugs erhöht werden.
[0015] Diese Aufgabe wurde durch die Schaffung einer Blasform zum Flammentorkretieren metallurgischer
Aggregate gelöst, die ein wassergekühltes Gehäuse enthält, in dem koaxial angeordnete
Rohrleitungen für die Zuführung der Torkretmasse und des Sauerstoffs in den Aggregatenraum
untergebracht sind, und mindestens eine Schlitzdüse für die Zuführung der Torkretmasse
an den zu reparierenden Bereich der Auskleidung hat, die mit der Rohrleitung für die
Zuführung der Torkretmasse verbunden und an der Seitenwand der Blasform in der Nähe
ihrer Stirnseite parallel zur Achse der Rohrleitungen angeordnet ist, sowie Düsen
für die Sauerstoffzuführung an den zu reparierenden Bereich der Auskleidung, die mit
der Rohrleitung für die Sauerstoffzufuhr verbunden sind, einschliesst, in der erfindungsgemäss
die Düsen für die Sauerstoffzuführung entlang der Langseiten jeder Schlitzdüse für
die Zufuhrung der Torkretmasse gleichmässig angeordnet sind.
[0016] Durch die erfindungsgemässe konstruktive Ausführung der Düsen der Blasform zum Flammentorkretieren
wird der Strahl des Torkretmasse-Sauerstoff-Gemisches über die Oberfläche der Auskleidung
maximal dezentralisiert, ohne die Bedindungen für die Vermischung der Torkretmasse
mit dem Sauerstoff in allen Bereichen der Auskleidung zu beeinträchtigen. Dies trägt
dazu bei, dass die Oberfläche des Torkretmasse-Sauerstoff-Strahls und die Menge der
Periklasteilchen, die sich an die Oberfläche der Auskleidung anschweissen, vergrössert
werden. Gleichzeitig wird dadurch die Temperatur auf der gesamten Länge der Auftragszone
beim Auftragen der Periklaspulverteilchen auf die Auskleidung ausgeglichen und erhöht,
infolgedessen die Teilchen bis zu einer verhältnismässig höheren Dichte sintern. Das
alles führt letzten Endes zu einer höheren Wirksamkeit beim Auftragen der Torkretmasse
sowie zu einer erhöhten Haltbarkeit des Überzugs.
[0017] Zweckmässigerweise werden in der Blasform zum Flammentorkretieren die Düsen für die
Sauerstoff Zuführung unter einem winkel von 20 bis 40° zur längs verlaufenden Symmetrieebene
der Schlitzdüse für die Zuführung der Torkretmasse angeordnet.
[0018] Dies gestattet es, die Vermischung des Sauerstoffs mit der Torkretmasse auf dem Anfangsabschnitt
des Gemischstrahls zu verbessern und ein vollständiges Mitreissen des planparallelen
Stroms der Torkretmasse durch die Sauerstoffstrahlen zu erzielen, um die Teilchen
der Torkretmasse in die erforderliche Flugrichtung zu dem zu reparierenden Bereich
der Auskleidung des metallurgischen Aggregats hin zu lenken, wodurch eine höhere Wirksamkeit
beim Auftragen der Torktermasse und eine höhere Haltbarkeit des Überzugs gewährleistet
werden.
[0019] Wenn die Düsen für die Sauerstoffzuführung unter einem kleineren als 20° Winkel zur
längs verlaufenden Symmetrieebene der Düse für die Züführung der Torkretmasse angeordnet
werden, wird die Torkretmasse mit dem Sauerstoff schlecht vermischt und durch die
Sauerstoffstrahlen ungenügend aufgefangen, wodurch eine gleichmassige Verteilung der
Torkretmasse über die Auskleidung beeinträchtigt und die Temperatur der Auskleidungsflamme
erniedrigt wird. Im Ergebnis wird die Qualität des Überzugs verschlechtert und seine
Haltbarkeit verringert.
[0020] Wenn die Düsen für die Sauerstoffzuführung unter einem grösseren als 40° Winkel zur
längs verlaufenden Symmetrieebene der Düse für die Zuführung der Torkretmasse angeordnet
werden, entsteht ein Sauerstoffgegenstrom, der einen zusätzlichen Widerstand für die
Torkretmasse erzeugt. Dadurch werden Voraussetzungen für eine Verstopfung ihrer Leitung
geschaffen. Ausserdem kann der Sauerstoff in die Rohrleitung für die Torkretmasse
eindringen und den Kohlenstoff der Torkretmasse zur Entflammung bringen, was aus sicherheitstechnischer
Sicht unzulässig ist.
[0021] Vorzugsweise werden in der Blasform zum Flammentorkretieren die an jeder Langseite
der Schlitzdüse angeordneten Düsen für die Sauerstoff Zuführung fächerförmig mit einem
Öffnungswinkel von 15 bis 45° angeordnet.
[0022] Durch das fächerförmige Auseinanderziehen, der Sauerstoffstrahlen wird unter der
Voraussetzung eines vollständigen Mitreissers des planparallelen Strahles der Torkretmasse
durch diese Sauerstoffstrahlen die Dezentralisierung des Torkretmasse-Sauerstoff-Gemisches
wesentlich (mehrfach) vergrössert, d.h., das Auseinanderziehen der Flamme über die
Oberfläche der Auskleidung wird im Vergleich zur Länge der Schlitzdüse für die Zuführung
der Torkretmasse und zum Abstand zwischen den äusseren Sauerstoffdüsen entlang der
Langseiten der Schlitzdüse wesentlich verbessert, die durch die Bedingungen für eine
gleichmässige Ausströmung der Torkretmasse auf der Schlitzlänge (für jede Torkretmasse
darf die Schlitzlänge ein bestimmtes Mass nicht überschreiten) beschränkt sind.
[0023] Die Masse der Schlitzdüse und vor allem die Länge ihrer Langseiten sind durch die
Bedingungen für eine gleichmässigen Ausströmung der Torkretmasse auf dem Schlitzquerschnitt
beschränkt, Wenn der Schlitz
zu breit ist, ist der Verbrauch der Torkretmasse an der Stirnseite der Blasform bedeutend
höher als am Düsenanfang. Im Gegenteil, wenn der Schlitz zu lang ist, ist der Verbrauch
der Torkretmasse am Düsenanfang grösser als ihr Verbrauch an der Stirnseite. In diesem
Fall kann die Schlitzdüse durch die Torkretmasse verstopft werden, wodurch die Aggregatauskleidung
durch die Sauerstoffstrahlen angegriffen und ihre Haltbarkeit verringert wird.
[0024] Zum Flammentorkretieren werden Schlitzdüsen eingesetzt, deren Länge um ein Mehrfaches
kleiner als die erforderliche Länge des Flammenauseinanderziehens ist. Durch das fächerförmige
Auseinanderziehen der SauerstoffStrahlen wird unter der Voraussetzung eines vollständigen
Auffangens des planparallelen Strahles der Torkretmasse durch diese die Grösse der
Flammendezentralisierung über die Auskleidung im Vergleich zur Schlitzlänge wesentlich
erhöht. Dabei vergrössert sich die Oberfläche der zweiphasigen Strahlen, die enge
der durch diese Oberfläche aufgefangenen Teilchen des Feuerfestpulvers und entsprechend
die Wirksamkeit beim Auftragen der Torkretmasse werden erhöht.
[0025] Wenn der Öffnungswinkel des Fächers weniger als 15° beträgt, ist die Flammendezentralisierung
über die Auskleidung nicht ausreichend gross, um die Wirksamkeit beim Auftragen der
Torkretmasse wesentlich zu erhöhen.
[0026] Wenn der Öffnungswinkel des Fächers grösser als 45° ist, vergrössert sich die Längskomponente
der Flammengeschwindigkeit, die entlang der Flammendezentralisierung über die Auskleidung
gerichtet ist. Der Austragverlust der Teilchen des Feuerfestpulvers vergrössert sich
in dieser Richtung so stark, dass die Wirksamkeit beim Auftragen der Torkretmasse
durch eine weitere Vergrösserung des Öffnungswinkels des Fächers nicht mehr erhöht
wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0027] Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen es zeigt:
Fig. 1 - in schematischer Darstellung eine erfindungsgemässe Blasform im Düsenbereich
(frontale Ansicht);
Fig. 2 - die gleiche Blasform, ein Querschnitt durch die Düsen für die Zuführung der
Torkretmasse und des Sauerstoffs;
Fig. 3 - einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2;
Fig. 4 - einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig.2;
Fig. 5 - in schematischer Darstellung einen Konverter , in dessen Raum die Blasform
während der Torkretierung der Auskleidung angeordnet ist, im Längsschnitt.
Die bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung
[0028] Die Blasform zum Flammentorkretieren (Fig. 1, 2, 3, 4) enthält ein abkühlbares Gehäuse,
das durch Rohrleitungen 1 und 2 gebildet ist und in dem Pnohrleitungen 3 und 4 für
die Zuführung des Sauerstoffs und der Torkretmasse entsprechend koaxial angeordnet
sind. Die Torkretmasse stellt ein pulverförmiges Gemisch aus einem Feuerfeststoff
und einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff im Verhältnis von 3:1 dar. Ein Ringkanal
zwischen den Rohrleitungen 1 und 2 dient für die Kühlwasserzufuhr. Ein Ringkanal zwischen
den Rohrleitungen 2 und 3 dient für die Wasserableitung. Ein Ringkanal zwischen den
Rohrleitungen 3 (Fig. 2) und 4 dient für die Sauerstoffzufuhr. Die zentrale Rohrleitung
4 dient für die Zufuhr der Torkretmasse in Form einer Suspension in einem Trägergas
(gegebenenfalls in der Luft) mit einer Gewichtskonzentration (Gewichtsverhältnis der
Torkretmasse und der Luft zueinander) von 100 bis 200 kg/kg.
[0029] Die Blasform hat eine Schljtzdüse 5 für die Zuführung der Torkretmasse. In der vorliegenden
Ausführungsvariante hat die Blasform nur eine Schlitzdüse, jedoch kann die Anzahl
derartiger Düsen 5 grösser sein. Die Düsenanzahl hängt von der Grösse des zu reparierenden
Bereichs der Auskleidung ab.
[0030] Die Schlitzdüse 5 ist so angeordnet, dass ihre längs verlaufende Symmetrieebene entlang
der Blasformachse verläuft (gegebenenfalls liegt die längs verlaufende Symmetrieebene
der Schlitzdüse 5 auf der Blasformachse).
[0031] Entlang der Langseiten der Schlitzdüse 5 sind zehn Runddüsen 6 für die Sauerstoffzuführung
gleichmässig angeordnet.
[0032] In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl und die
Konfiguration der Düsen 6 für die Sauerstoffzuführung anders sein.
[0033] Die Düsen 6 für die Sauerstoffzuführung sind so angeordnet, dass ihre Achsen unter
einem Winkel α= 30° zur längs verlaufenden Symmetrieebene der Schlitzdüse 5 liegen.
Entlang der Blasformachse sind die Düsen 5 (Fig. 4) relativ zueinander so orientiert,
dass deren Achsen einen Fächer mit einem Öffnungswinkel B = 25° bilden.
[0034] In Fig. 5 ist eine Blasform zum Flammentorkretieren dargestellt, die sich im Raum
eines metallurgischen Aggregats (gegebenenfalls in einem Sauerstoffkonverter 7) befindet.
Diese Blasform hat zwei Schlitzdüsen 5. Die Düsen 5 und 6 für die Zuführung der Torkretmasse
und des Sauerstoffs entsprechend sind zu dem zu reparierenden Bereich der Auskleidung
hin gerichtet, wo ein feuerfester Überzug 8 ausgebildet wird. Die von der zu reparierenden
Stelle aufsteigenden Gase werden aus dem Raum des Konverters 7 über einen Hals 9 entfernt
und dem vorhandenen Gasreinigungssystem (in der Zeichnung nicht gezeigt) zugeführt.
[0035] Die Blasform zum Flammentorkretieren eines metallurgischen Aggregats wird wie folgt
betrieben.
[0036] Vor Beginn des Torkretiervorganges wird die Wasserzuführung für die Abkühlung der
Blasform eingeschaltet und die Blasform zum Flammentorkretieren in den Raum des Konverters
7 eingeführt.
[0037] Die Blasform wird so angeordnet, dass die Düsen 5 und 6 zu dem zu repatierenden Oberflächenbereich
der Auskleidung des Konverters 7 hin gerichtet sind. Über die zentrale Rohrleitung
4 und über die Schlitzdüsen 5 wird die Torkretmasse zugeführt. Danach wird über den
Ringkanal zwischen den Rohrleitungen 3 und 4 und über die Düsen 6 Sauerstoff zugeführt,
dessen Verbrauch ausgehend von der Bedingung einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffs,
der in der Torkretmasse über die Düsen 5 eingeführt wird, eingestellt wird.
[0038] Nach der Entflammung des Brennstoffs wird der Feuerfeststoff auf die zu reparierenden
Bereiche der Auskleidung des Konverters 7 aufgetragen.
[0039] Zu einem bequemeren Auftragen des Feuerfeststoffs und in Abhängigkeit von der Grosse
des zu reparierenden Bereichs der Auskleidung kann die Blasform entlang der Konverterlängsachse
bewegt oder um ihre Achse herum auf eine beliebige bekannte Weise gedreht werden.
[0040] Die Torkretmasse strömt aus den Schlitzdüsen 5 in Form von planparallelen Strahlen
aus. Der Sauerstoff strömt aus den Runddüsen 6 in Form von konzentrischen Strahlen
aus, die entlang der Langseiten der Schlitzdüse 5 fächerförmig auseinandergezogen
und auf die planparallelen Strahlen der Torkretmasse von den beiden Seiten so gerichtet
sind, dass jedes Elementarvolumen des Stromes der Torkretmasse am Austritt aus der
Düse 5 durch die Sauerstoffstrahlen aufgefangen und weiter zur Oberfläche der Auskleidung
in den durch die Sauerstoffstrahlen bestimmten Richtungen transportiert wird.
[0041] Bei einer derartigen GestaltunG der Strahlen vermischen sich das Feuerfestpulver
und der Brennstoff mit dem Sauerstoff in der unmittelbaren Nähe der Blasformdüsen
5 und 6, und sie belegen sich in Form eines fächerförmig auseinanderlaufenden Staub-Gas-Stromes
in Richtung zu der Oberfläche der Auskleidung hin. Die Brennstoffteilchen entflammen
von der Auskleidung und verbrennen. In der Nähe der Auskleidung entsteht eine Flamme,
in der sich die Feuerfestteilchen bis zum plastischen Zustand erhitzen und an die
Auskleidung unter Bildung eines feuerfesten Überzugs anschweissen. Je grösser der
Öffnungswinkel des fächerförmigen Strahles ist, desto grösser ist die Dezentralisierung
der Flamme über die Auskleidung und ihre Oberfläche, desto mehr Teilchen des Feuerfestpulvers
werden durch diese Oberfläche aus der Atmosphäre des Aggregats aufgefangen, desto
mehr Teilchen setzen sich auf der Auskleidung ab und schweissen sich an diese an und
entsprechend desto höher ist die Wirksamkeit beim Auftragen der Torkretmasse. Mit
der Vergrösserung des Neigungswinkels der Sauerstoffstrahlen nimmt der Vermischungsgrad
der Torkretmasse mit dem Sauerstoff zu. Das Brennstoff-Sauerstoff-Verhältnis in allen
Flammenbereichen wird nahe an dem stöchiometrischen Wert aufrechterhalten, wodurch
die Temperatur der Flamme auf ihrer gesamten Ausdehnung entlang der Oberfläche der
Auskleidung vergrössert, die Dichte und die Haltbarkeit des aufzutragenden Überzugs
erhöht werden.
Industrielle Anwendbarkeit
[0042] Die erfindungsgemässe Blasform kann für die Reparatur der Auskleidung metallurgischer
Aggregate zylindrischer Form beispielsweise von Konvertern und Stahlgiesspfannen eingesetzt
werden. Ausserdem kann sie beim Torkretieren von ebenen Flächen der Auskleidung metallurgischer
Aggregate beispielsweise der Seitenwände von Stahlschmelz-, Wärme- und anderen Öfen
verwendet werden. Besonders wirksam kann die Erfindung bei der Reparatur der Auskleidung
metallurgischer Aggregate im Warmzustand verwendet werden.