Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einblasen von brennbaren gegebenenfalls mit Feststoffen beladenen Gasen mittels einer gekühlten Lanze in den Freiraum oberhalb einer in einem metallurgischen Gefäß befindlichen Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze in einem unter Vakuum gesetzten RH-Gefäß gemäß der Einleitung des Patentanspruchs 1, sowie eine Blaslanze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Blaslanzen zum Behandeln von metallurgischen Schmelzen mit einem eine lavalförmige Mündung aufweisenden Zentralrohr und einem gekühlten Hüllrohr, welches unter Bildung eines Ringspaltes vom Zentralrohr im Abstand angeordnet ist, sind aus der US-A- 4730784 sowie der DE-C-4442362 bekannt. Das Zentralrohr führt einen Sauerstoffstrom. Ein zweiter Gasstrom wird über eine koaxial zum Zentralrohr angeordnete ringförmige Kammer bis über die Mündung des Zentralrohres hinaus geführt und umhüllt den inneren, ersten Gasstrom. Beim Verlassen der lavalförmigen Mündung des Zentralrohres trifft der expandierende erste Gasstrom auf den ihn umhüllenden zweiten Gasstrom und wird von diesem und/oder von der Innenwandung des Hüllrohres umgelenkt und stromabwärts gebündelt. Die Zuführung von Feststoffpartikeln im ersten Gasstrom ist nach der genannten DE-C möglich.
Aus WO 97/08348 ist ein Verfahren zum Frischen von Metallen in einem Vakuumgefäß bekannt, bei dem eine Lanze zum Einsatz kommt, welche ein Zentralrohr aufweist, das von einem koaxial angeordneten Hüllrohr umhüllt wird. Das Zentralrohr weist dabei eine geradzylindrische Form auf und ragt bis unmittelbar zur Mündung des Hüllrohres. Das Hüllrohr selber divergiert konisch im Mündungsbereich.
Weiterhin ist aus der WO 96/16190 eine Multi-Funktionslanze bekannt, die zur Vakuumbehandlung von Stahl in einem RH-Gefäß einsetzbar ist und durch die unabhängig voneinander die Verfahren Aufblasen von Sauerstoff mit und ohne Feststoff und das Erzeugen einer Brennflamme möglich ist. Diese Multi-Funktionslanze weist ein verschiebbares geradzylindrisches Zentralrohr auf, welches in einem eine konisch sich öffnende Mündung aufweisenden Hüllrohr koaxial zu diesem angeordnet ist.
Beim Betrieb dieser bekannten Lanzen tritt insbesondere beim Brennbetrieb eine hohe Lärmbelästigung auf. Ein weiterer Nachteil ist der relativ komplizierte konstruktive Aufbau der Lanze.
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine dazu geeignete Blaslanze zu schaffen, welche mit einfachen konstruktiven Mitteln ohne Verringerung der einzelnen Einbringraten der Medien, insbesondere in der Brennphase, die Lärmemission deutlich mindert.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 7. Die übrigen Ansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.
Erfindungsgemäß wird der durch das Zentralrohr geführte erste Gasstrom in der Form geleitet, daß er beim Verlassen der Mündung des Zentralrohres während des Nachexpandierens auf den durch das Hüllrohr geführten ihn umhüllenden zweiten Gasstrom trifft. Der erste Gasstrom wird dabei vom zweiten Gasstrom und/oder von der Innenwandung des Hüllrohres der Lanze reflektiert und dabei stromabwärts außerhalb der Lanze gebündelt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß diese Reflektion die Ausbringrate nahezu nicht behindert, daß aber die anschließende intensive Bündelung eine deutliche Minderung des Lärms bewirkt.
Die hierbei eingesetzte Blaslanze besitzt dabei ein gekühltes Hüllrohr, in dem koaxial ein Zentralrohr angeordnet ist, dessen Mündung lavalförmig ausgestaltet ist. Der Düsenmund des Zentralrohres endet dabei innerhalb des Hüllrohres und zwar in einem Abstand von a = 0,5 bis 0,8 x d, wobei d der freie Durchmesser des Zentralrohres ist.
Um entsprechend der aktuell geblasenen Gasmengen das Geräusch auf einen minimalen Pegel zu halten, wird das Zentralrohr definiert axial bewegt.
In einer Ausgestaltung wird der durch das Zentralrohr geführte erste Gasstrom zum Schwingen angeregt. Dieses zum Schwingen angeregte Gas läßt sich auch bei hohen Gasraten sicher bündeln. Hierzu ist in dem lavalförmigen Teil des Zentralrohres eine Kammer vorgesehen, die als Schwingungsgenerator dient. Diese Kammer ist ringförmig ausgestaltet und folgt im wesentlichen der Innenwandung der Lavaldüse oder sie ist insgesamt zylindrisch ausgestaltet.
Weiterhin wird vorgeschlagen, das Hüllrohr an seiner Mündung über einen Bereich entsprechend dem Abstand a in Gasströmungsrichtung konisch unter einem Winkel α von 1 bis 10° konvergieren zu lassen. Diese Ausgestaltung unterstützt die Bündelung des aus dem Zentralrohr austretenden ersten Gasstromes.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die
- Figur 1
- die Blaslanze in ihrem Mündungsbereich.
- Figur 2
- eine Draufsicht auf den Mündungsbereich in Richtung von Pfeil II in Fig. 1
- Figur 3
- die Anordnung der Vakuumbehandlungsanlage.
- Figur 4
- das Zentralrohr als Schwingungsgenerator.
Die Figuren 1 und 2 zeigt eine Blaslanze 21 mit einem Zentralrohr 22, welches von einem wassergekühlten Hüllrohr 26 umhüllt wird. Das Zentralrohr 22 ist durch Distanzelemente 29 im Hüllrohr 26 zentrisch gelagert.
Die Mündung 23 des Zentralrohres 22 ist lavaldüsenförmig ausgestaltet und weist dabei den Durchmesser d auf. Der Düsenmund 24 selber besitzt dabei eine Wanddicke von b > 5 mm und gibt damit der Mündung eine ausreichende Festigkeit.
Das Zentralrohr 22 ist dabei im Hüllrohr 26 so angeordnet, daß der Düsenmund 24 einen Abstand a von 0,5 bis 0,8 x d zum Düsenmund des Hüllrohres 26 aufweist.
Im unteren Teil des Bildes ist die Innenwandung 27 des Hüllrohres 26 in der Weise ausgestaltet, daß die Mündung über den Bereich entsprechend Abstand a in Gasströmungsrichtung konisch konvergiert unter einem Winkel α = 1 bis 10°.
Im rechten Teil des Bildes ist ein Schnitt durch die Blaslanze dargestellt und zeigt die freie Ringfläche AR zwischen dem Hüllrohr 26 und dem Zentralrohr 22, welcher eine Größe aufweist von AR = 0,8 bis 1,2 x AZ mit AZ der freien Querschnittsfläche des Zentralrohres.
Figur 3 zeigt ein metallurgisches Gefäß 11, welches mit Schmelze S gefüllt. In die Schmelze S ragt ein RH-Gefäß 12, welches an eine Vakuumanlage 13 angeschlossen ist und in das eine Blaslanze 21 ragt.
Die Blaslanze ist an verschiedene Medienversorgungen angeschlossen, und zwar an ein Kühlmedium 31, über Sauerstoffleitungen 33 an eine Sauerstoffversorgung 32, über Brenngasleitungen 35 an eine Brenngasversorgung 34, über eine Feststoffleitung 37 an eine Feststoffversorgung 36 und über eine Inertgasleitung 39 an eine Inertgasversorgung 38. Die einzelnen Leitungen 33, 35, 37 und 39 sind über entsprechende Armaturen absperrbar.
Die Figur 4 zeigt Mündungen 23 des Zentralrohres 22 mit den Kammer 25, 28 als Schwingungsgenerator. Die Mündung des Zentralrohres 22 hat dabei den Durchmesser d und die Wanddicke b. Die Länge der Lavaldüse ist mit LL gekennzeichnet und der kritische Durchmesser mit dK. Beginnend von dem kritischen Durchmesser dK in Gasströmungsrichtung wird die Länge der Lavaldüse mit Ia bezeichnet.
Auf der linken Seite der Figur 4 ist eine lavalförmige Ringkammer 25 dargestellt mit der Länge IL und einem Durchmesser DL.am Ende der Kammer 25 in Strömungsrichtung. Über die Länge der lavalförmigen Ringkammer 25 steht der Durchmesser DL in einem konstanten Verhältnis zu dem virtuellen Durchmesser dL der Lavaldüse.
Auf der rechten Seite ist eine zylindrische Kammer 28 mit einer Länge LZ und einem konstanten Durchmesser DL vorgesehen. Diese Kammer 28 ist mit einem Abstand Ia von dem kritischen Durchmesser dK der lavalförmigen Mündung 23 beabstandet.
Positionsliste
Vakuumbehandlungsanlage
- 11
- Metallurgisches Gefäß
- 12
- RH-Gefäß
- 13
- Vakuumanlage
Lanzeneinrichtung
- 21
- Blaslanze
- 22
- Zentralrohr
- 23
- Mündung (22)
- 24
- Düsenmund (22)
- 25
- Lavalförmige Ringkammer
- 26
- Hüllrohr
- 27
- Innere Wandung
- 28
- Zylindrische Kammer
- 29
- Distanzelement
Energieversorgungseinrichtung
- 31
- Kühlmedium
- 32
- Sauerstoffversorgung
- 33
- Sauerstoffleitung
- 34
- Brenngasversorgung
- 35
- Brenngasleitung
- 36
- Feststoffversorgung
- 37
- Feststoffleitung
- 38
- Inertgasversorgung
- 39
- Inertgasleitung,
- S
- Schmelze
- d
- Durchmesser Mündung Lavaldüse
- dK
- Kritischer Durchmesser Lavaldüse
- dL
- Durchmesser Lavaldüse
- DL
- Durchmesser der Kammer (25, 28)
- Ia
- Abstand zwischen der Lavaldüse im kritischen Durchmesser und der zylindrischen Kammer 28
- IL
- Länge der Kammer 25
- IZ
- Länge der Kammer 28
- LL
- Länge der Lavaldüse
- PB
- Druck Brenngas
- pO
- Druck Sauerstoff
- a
- Abstand
- b
- Wanddicken (22)