Metallurgisches Schmelzaggregat mit einer schwenkbaren Düse bzw. einem schwenkbaren Brenner

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Schmelzaggregat gemäss dem Gattungsbegriff von Patentanspruch 1. Sie bezieht sich ausserdem auf eine schwenkbare Düse bzw. einen schwenkbaren Brenner gemäss dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 12.

[0002] Für die Optimierung des Prozessablaufes ist es bei metallurgischen Schmelzaggregaten oft erwünscht, dass die Düse bzw. der Brenner schwenkbar ist. Durch das DE-U-1 863 633 ist ein Lichtbogenofen zum Schmelzen von Schrott mit einer seitlich angebrachten Beschickungsklappe bekannt geworden, die eine Öffnung aufweist, durch die ein Brenner ragt, der auf einem Bodenständer ausserhalb des Ofens mittels zweier Scharniergelenke befestigt und damit sowohl vertikal als auch horizontal schwenkbar ist. Damit bei einer solchen Anordnung überhaupt eine Winkelverstellung möglich ist, muss die Öffnung in der Beschickungsklappe, durch die der Brenner eingeführt wird, um einiges grösser als der Aussendurchmesser des Brennerrohres sein, so dass an dieser Stelle kein dichter Abschluss des Schmelzaggregates gewährleistet ist. Während der hierdurch bedingte Nachteil - Wärmeverluste und Störung der Ofenatmosphäre - bei einigen Schmelzaggregaten noch hingenommen werden kann, ist eine derartige Lösung für Einschmelzvergaser, wie sie beispielsweise durch die DE-A-28 43 303 bekannt geworden sind, also für Schmelzaggregate, in denen gleichzeitig mit dem Einschmelzprozess heisses Reduktionsgas erzeugt wird, nicht brauchbar. Durch das DE-U-7 711 990 ist eine Sauerstofflanze für SM-,Elek- troöfen oder dergleichen zum Frischen der Stahlschmelze mit einer Vorrichtung zum Einführen und Entfernen der Lanze in den bzw. aus dem Ofen durch eine Ofenwandöffnung sowie eine Einrichtung zum Verstellen des Lanzenaufblaswinkels zum Schmelzspiegel bekanntgeworden. Die Vorrichtung zum Einführen und Entfernen der Lanze ist als Schwenkvorrichtung ausgebildet, die einen Schwenkarm aufweist, der um eine an der Ofenwand im Bereich der Einführungsöffnung angeordnete im wesentlichen horizontale Scharnierachse schwenkbar ist und an dessen freiem Ende die Sauerstofflanze befestigt ist. Zur Betätigung des Schwenkarmes ist ein an der Ofenwand angelenkter Druckmittelzylinder vorgesehen. Um die Verstellung des Lanzenaufblaswinkels gegenüber dem Schmelzspiegel zu ermöglichen, ist der Lanzenschaft an einem geschlossenen Halbkugelelement mit Anschlüssen für den Kühlwasservor- und rücklauf sowie die Sauerstoffzufuhr befestigt und das Halbkugelelement mittig an einem am freien Ende des Schwenkarmes angeordneten Anschlussstück schwenkbar angelenkt. In der Betriebsstellung der Sauerstofflanze sitzt das Halbkugelelement in einem in die Einführungsöffnung eingesetzten gekühlten Kasten mit einer konischen Aufnahme für das Halbkugelelement, wodurch für dieses ein Ringsitz gebildet wird. Gegen diesen Ringsitz wird das Halbkugelelement mittels des Schwenkarmes angedrückt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist die Lanze nur in einer Ebene, nicht aber allseitig schwenkbar. Durch die DE-B-1 216 902 ist ein Schachtofen zum Schmelzen von Stahlschrott mit Hilfe von Brennern bekanntgeworden, bei dem Brenner im unteren Drittel der Schachtwand vorgesehen sind, die um eine Achse in Höhenrichtung schwenkbar sind. Zu diesem Zweck ist das äusserste Rohr der Brenner im Bereich der Düsenmündung in Form eines Kugelabschnitts ausgebildet und dieser in einer an die Kugeloberfläche angepassten Schale gelagert. Ziel der Erfindung ist ein metallurgisches Schmelzaggregat der genannten Art, bei dem eine allseitig schwenkbare Düse bzw. ein schwenkbarer Brenner so in die Seitenwand des Schmelzaggregates einsetzbar sind, dass ein im wesentlichen dichter Abschluss gewährleistet ist. Es soll darüber hinaus trotz der hohen Temperaturen in einem solchen Schmelzaggregat eine ausreichende Betriebssicherheit gewährleistet und eine einfache Auswechselbarkeit ermöglicht werden.

[0003] Die Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Anspruch 12 kennzeichnet den Aufbau einer erfindungsgemässen schwenkbaren Düse bzw. eines schwenkbaren Brenners.

[0004] Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur stellt die Schnittansicht eines Ausschnitts aus der Seitenwand eines Einschmelzvergasers, insbesondere eines Einschmelzvergasers entsprechend der EP-A1-10 627, dar.

[0005] In der Seitenwand 1 eines metallurgischen Schmelzaggregates gemäss der einzigen Figur ist oberhalb des Badspiegels eine Öffnung 2 vorgesehen, durch die eine Sauerstoffblasdüse 3 in den Einschmelzvergaser mündet, um mit der im Einschmelzvergaser vorhandenen Kohle einerseits die zum Schmelzen erforderliche Wärme und andererseits Reduktionsgas zu erzeugen. Die Düse 3 umfasst in koaxialer Anordnung drei Rohre 4, 5 und 6, wodurch ein zentraler Kanal und zwei Ringkanäle gebildet werden, sowie ein das zentrale Rohr 4 mit dem äusseren Rohr 6 verbindendes Kopfteil 12. Dem zentralen Kanal wird über einen am zentralen Rohr 4 angebrachten Gaseinlass 7 das Prozessgas, also im vorliegenden Fall sauerstoffhaltiges Gas, zugeführt, die Ringkanäle sind für eine Flüssigkeitskühlung der Düse bestimmt. Es wird Kühlwasser durch einen am äussersten Rohr 6 angebrachten Stutzen 8 eingeleitet, durch den äusseren Ringspalt bis zur Düsenspitze 9 nach vorne geleitet, über einen Verbindungskanal zum inneren Ringspalt und durch diesen zu einem ebenfalls am Rohr 6 angebrachten Stutzen 10 wieder nach hinten geleitet, um dort auszutreten. Das zentrale Rohr 4 ist hinten durch einen Schraubverschluss 11 abgeschlossen. Dieser ermöglicht durch Einschieben eines weiteren Rohres, dem beispielsweise Öl zugeführt wird, ein schnelles Umrüsten auf einen Brenner.

[0006] Aus konstruktiven Gründen und im Hinblick auf eine einfache Zerlegbarkeit sind die beschriebenen Teile jeweils aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt, wie dies die Zeichnung erkennen lässt.

[0007] Um unter Wahrung eines gasdichten Abschlusses - bei dem obengenannten Einschmelzvergaser liegt im Innern des Schmelzaggregats ein Kohlefliessbett mit einem Druck von etwa 2 bar und einer Temperatur von etwa 2000°C vor - ein Verstellen des Neigungswinkels der Düse zur Anpassung an die optimalen Prozessbedingungen zu ermöglichen, ist die Düse 3 im Bereich der Durchführung durch die Seitenwand 1 des Schmelzaggregates in Form eines Kugelabschnittes ausgebildet. Im vorliegenden Fall ist das Kopfteil 12 in Form eines Kugelabschnittes 13 erweitert und dieser ist zwischen zwei Ringsitzen 14 und 15 federnd eingespannt. Der erste Ringsitz 14 ist in der Seitenwand 1 des Schmelzaggregates verankert und liegt auf der der Düsenspitze 9 zugewandten Seite der gewölbten Oberfläche des Kugelabschnittes 13 auf, der zweite Ringsitz 15 hat eine zum ersten Ringsitz 14 koaxiale Lage, liegt auf der von der Düsenspitze 9 abgewandten Seite der gewölbten Oberfläche des Kugelabschnittes 13 auf und wird durch Federkraft in Richtung des ersten Ringsitzes 14 gedrückt. Hierdurch ist eine elastische Einspannung des Kugelabschnittes gegeben, die gleichzeitig durch den ersten Ringsitz 14 eine Trennung der Gasatmosphäre im Innern des Schmelzaggregats gegenüber der Aussenatmosphäre gewährleistet. Der gasdichte Abschluss kann durch eine ringförmige Gasdichtung 16 verbessert werden, die an der gewölbten Oberfläche des Kugelabschnittes im Bereich seiner Scheitelebene 17 anliegt. Die Dichtung an dieser Stelle ist verglichen zum Ringsitz 14 thermisch und mechanisch nicht so stark beansprucht und gewährleistet damit einen dauerhaften gasdichten Abschluss.

[0008] Vorzugsweise ist der erste Ringsitz 14 als flüssigkeitsgekühlter Hohlring 18 ausgebildet. Der Hohlring 18 ist im vorliegenden Fall Teil eines ersten konischen Rohrabschnittes 19, der neben dem Ringkanal 20 des Hohlringes 18 einen weiteren Ringkanal 21 für eine Kühlflüssigkeit aufweist. Die Kühlflüssigkeit wird durch ein Rohr 22 in der Unterseite des konischen Rohrabschnittes 19 bis zum Ringkanal 20 geführt, der neben der Eintrittsstelle in diesen Kanal eine nicht dargestellte Trennwand aufweist, läuft im Ringkanal 20 um bis zu einer auf der anderen Seite der Trennwand befindlichen Verbindungsstelle in den Ringkanal 21 und verlässt diesen über ein Rohr 34 im oberen Teil des konischen Rohrabschnittes 19.

[0009] Der den ersten Ringsitz 14 tragende erste konische Rohrabschnitt 19 besteht im Hinblick auf eine gute thermische Leitfähigkeit ebenso wie die Spitze der Düse aus Kupfer und ist in den Kegelsitz eines Ringflansches 24 aus Stahl eingepresst, der an mehreren Stellen seines Umfangs auf einem am Blechmantel des Schmelzaggregates angebrachten Befestigungsflansch 25 befestigt ist. Zum Einpressen des konischen Rohrabschnitts 19 in den Ringflansch 24 dienen drei am Umfang des Ringflansches 24 angebrachte Bolzen 26 mit Langlöchern, mittels deren durch Keile 27 Anpressbolzen 28 gegen die Stirnfläche des konischen Rohrabschnittes 19 gedrückt werden können.

[0010] Der zweite Ringsitz 15 ist an einem zweiten konischen Rohrabschnitt 29 gebildet, der über drei längs des Umfangs versteift angeordnete Befestigungslaschen 31 mittels Schrauben 30 am Ringflansch 24 befestigt ist. Eine definierte Anpresskraft wird erzeugt durch Druckfedern 33 und hutförmig ausgebildete Andrückscheiben 32. Beim Anziehen der Schrauben 31 wird der Ringsitz 15 in Richtung des Ringsitzes 14 gedrückt und hierbei den Kugelabschnitt mehr oder weniger fest eingespannt. Die hutförmig ausgebildete Andrückscheibe 32 ermöglicht ein festes Einspannen der Kalotte in einer bestimmten Lage, ohne dass die Druckfedern 33 noch wirksam werden können. Wird die Schraube nicht so weit angezogen, dass der Rand der hutförmigen Andrückscheibe gegen die Befestigungslasche 31 stösst, dann wird die Druckfeder 33 wirksam und der Ringsitz 15 federnd gegen die gewölbte Oberfläche des Kugelabschnittes 13 gedrückt. Je nach Federkraft kann der elastische Sitz so gewählt werden, dass eine laufende Verstellung des Winkels möglich ist. Sofern dies nicht erforderlich ist, können nach Einstellung des optimalen Winkels die Schrauben 30 fest angezogen und damit der Kugelabschnitt fest eingespannt werden.

[0011] Wesentlich an der Ausbildung des Kugelabschnittes ist, dass durch den Ringsitz 14 gegebenenfalls in Verbindung mit der ringförmigen Gasdichtung 16 stets der für den speziellen Fall erforderliche Gasabschluss gewährleistet ist.

Ansprüche

1. Metallurgisches Schmelzaggregat, insbesondere Einschmelzvergaser, in dessen Seitenwand (1) oberhalb des Badspiegels der Schmelze wenigstens eine schwenkbare Düse (3) bzw. ein schwenkbarer Brenner aus wenigstens einem Rohr (4, 5, 6) angeordnet ist, wobei das äusserste Rohr (6) oder ein damit verbundenes Kopfteil (12) der Düse (3) bzw. des Brenners an einer Stelle in Form eines Kugelabschnittes (13) ausgebildet ist und die gewölbte Oberfläche dieses Kugelabschnittes (13) an der der Düsen- bzw. Brennerspitze (9) zugewandten Seite an einem in der Seitenwand (1) des Schmelzaggregates verankerten Ringsitz (14) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelabschnitt (13) durch einen zweiten Ringsitz (15), der an der von der Düsen- bzw. Brennerspitze (9) abgewandten Seite der gewölbten Oberfläche des Kugelabschnitts (13) anliegt, gegen den ersten Ringsitz (14) gedrückt wird.

2. Metallurgisches Schmelzaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringsitze (14, 15) koaxial zueinander angeordnet sind.

3. Metallurgisches Schmelzaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Ringsitzen (14, 15) an der Oberfläche des Kugelabschnittes (13) im Bereich ihrer Scheitelebene (17) eine ringförmige Gasdichtung (16) anliegt.

4. Metallurgisches Schmelzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringsitz (14) als Teil eines flüssigkeitsgekühlten Hohlringes (18) ausgebildet ist.

5. Metallurgisches Schmelzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringsitz (14) auf der Innenseite eines ersten konischen Rohrabschnittes (19) am Ende mit dem kleineren Durchmesser gebildet ist.

6. Metallurgisches Schmelzaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste konische Rohrabschnitt (19) einen Ringkanal (21) für eine Kühlflüssigkeit aufweist.

7. Metallurgisches Schmelzaggregat nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (20, 21) des Hohlrings (18) und des ersten konischen Rohrabschnittes (19) durch wenigstens eine Öffnung in Verbindung stehen.

8. Metallurgisches Schmelzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ringsitz (15) auf einem zweiten konischen Rohrabschnitt (29) am Ende mit dem kleineren Durchmesser gebildet ist.

9. Metallurgisches Schmelzaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite konische Rohrabschnitt (29) durch Federelemente (33) gegen den ersten konischen Rohrabschnitt (19) gedrückt wird.

10. Metallurgisches Schmelzaggregat nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste konische Rohrabschnitt (19) aus Kupfer besteht und lösbar in den Kegelsitz eines Ringflansches (24) aus Stahl eingepresst ist.

11. Metallurgisches Schmelzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (3) bzw. der Brenner flüssigkeitsgekühlt ist.

12. Schwenkbare Düse (3) bzw. schwenkbarer Brenner aus wenigstens einem Rohr (4, 5, 6) für den Einbau in die Seitenwand (1) eines metallurgischen Schmelzaggregates oberhalb des Badspiegels der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass das äusserste Rohr (6) oder ein damit verbundenes Kopfteil (12) der Düse (3) bzw. des Brenners an einer Stelle in Form eines Kugelabschnittes (13) ausgebildet und dieser zwischen zwei Ringsitzen (14, 15) von federnd zusammengespannten Teilen (19, 29) einer Tragkonstruktion gehalten wird.

Claims

1. A metallurgical melting apparatus, in particular a smelting gasifier, having a side wall (1) in which at least one pivotal nozzle (3) or pivotal burner comprising at least one pipe (4, 5, 6) is arranged, above the level of the melt, wherein the outermost pipe (6) or a head portion (12), which is connected thereto, of the nozzle (3) or the burner, is formed at a location as a spherical portion (13) and the curved surface of said spherical portion (13), at the side towards the tip (9) of the nozzle or burner, lies against an annular seat (14) which is anchored in the side wall (1) of the melting apparatus, characterised in that the spherical portion (13) is pressed against the first annular seat (14) by a second annular seat (15) which bears against the side of the curved surface of the spherical portion (13), that is remote from the tip (9) of the nozzle or burner.

2. A metallurgical melting apparatus according to claim 1 characterised in that the two annular seats (14, 15) are arranged coaxially with each other.

3. A metallurgical melting apparatus according to claim 1 or claim 2 characterised in that, between the two annular seats (14, 15), an annular gas seal (16) bears against the surface of the spherical portion (13) in the region of the plane (17) through the apex thereof.

4. A metallurgical melting apparatus according to one of claims 1 to 3 characterised in that the first annular seat (14) is formed as part of a fluid-cooled hollow ring (18).

5. A metallurgical melting apparatus according to one of claims 1 to 4 characterised in that the first annular seat (14) is formed on the inside of a first conical tube portion (19), at the smaller- diameter end.

6. A metallurgical melting apparatus according to claim 5 characterised in that the first conical tube portion (19) has an annular duct (21) for a cooling fluid.

7. A metallurgical melting apparatus according to claims 4 and 6 characterised in that the annular ducts (20, 21) of the hollow ring (18) and the first conical tube portion (19) communicate through at least one opening.

8. A metallurgical melting apparatus according to one of claims 1 to 7 characterised in that the second annular seat (15) is formed on a second conical tube portion (29) at the smaller-di- a meter end.

9. A metallurgical melting apparatus according to claim 8 characterised in that the second conical tube portion (29) is pressed towards the first conical tube portion (19) by spring members (33).

10. A metallurgical melting apparatus according to one of claims 5 to 9 characterised in that the first conical tube portion (19) comprises copper and is releasably pressed into the conical seat of an annular steel flange (24).

11. A metallurgical melting apparatus according to one of claims 1 to 10 characterised in that the nozzle or burner is liquid-cooled.

12. A pivotal nozzle (3) or pivotal burner comprising at least one pipe (4, 5, 6) for installation in the side wall (1) of a metallurgical melting apparatus, above the level of the molten bath, characterised in that the outermost pipe (6) or a head portion (12), which is connected thereto, of the nozzle (3) or the burner is formed at a location in the form of a spherical portion (13), and said portion is held between two annular seats (14, 15) of members (19, 29), which are resiliently urged together, of a support structure.

Revendications

1. Appareil métallurgique de fusion, en particulier cornue de fusion dans la paroi latérale (1) de laquelle est disposée, au-dessus du niveau du bain de fusion, au moins une buse pivotable (3) ou un brûleur pivotable constitué par au moins un tube (4, 5, 6), le tube (6) situé le plus éloigné à l'extérieur, ou la pièce de tête (12) de la buse (3) ou du brûleur qui y est reliée, étant réalisée en un emplacement sous la forme d'une calotte sphérique (13) et la surface galbée de cette calotte sphérique (13) portant, au niveau du côté voisin de la pointe (9) de la buse ou du brûleur, contre un siège annulaire (14) ancré dans la paroi latérale (1) de l'appareil de fusion, caractérisé par le fait que la calotte sphérique (13) est appliquée contre le premier siège annulaire (14) par l'intermédiaire d'un second siège annulaire (15) qui porte contre le côté de la surface galbée de la calotte sphérique, qui est éloigné de la pointe (9) de la buse ou du brûleur.

2. Appareil métallurgique de fusion selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux sièges annulaires (14, 15) sont disposés coaxiale- ment l'un par rapport à l'autre.

3. Appareil métallurgique de fusion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'entre les deux sièges annulaires (14, 15) et contre la surface de la calotte sphérique (13), un moyen d'étanchéité annulaire au gaz porte contre la partie du plan sommital (17) de ladite colotte.

4. Appareil métallurgique de fusion selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le premier siège annulaire (14) est réalisé sous la forme d'une partie d'une bague creuse (18) à refroidissement par un liquide.

5. Appareil métallurgique de fusion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le premier siège annulaire (14) est formé sur le côté intérieur d'une première section tubulaire conique (19), à l'extrémité de plus petit diamètre.

6. Appareil métallurgique de fusion selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la première section tubulaire conique (19) comporte un canal annulaire (21) pour un liquide de refroidissement.

7. Appareil métallurgique de fusion selon la revendication 4 et 6, caractérisé par le fait que les canaux annulaires (20, 21) de l'anneau creux (18) et de la première section tubulaire conique (19) sont reliés par au moins une ouverture.

8. Appareil métallurgique de fusion selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le second siège annulaire (15) est formé sur une seconde section tubulaire conique (29), à l'extrémité ayant le plus petit diamètre.

9. Appareil métallurgique de fusion selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la seconde section tubulaire conique (29) est pressée, à l'aide d'un élément élastique (33), contre la première section tubulaire conique (19).

10. Appareil métallurgique de fusion selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait que la première section tubulaire conique (19) est faite avec du cuivre et est pressée, da façon détachable, dans le siège conique d'un flasque annulaire (24) en acier.

11. Appareil métallurgique de fusion selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la buse (3) ou le brûleur est refroidie par un liquide.

12. Buse pivotable (3) ou brûleur pivotable constituée par au moins un tube (4, 5, 6) pour être montée dans la paroi latérale (1) d'un appareil métallurgique de fusion, au-dessus du niveau du bain de fusion, caractérisée par le fait que le tube (6) le plus extérieur, ou un élément de tête (12) de la buse ou du brûleur, qui est relié audit tube le plus extérieur, est conformé, en un emplacement, sous la forme d'une calotte sphérique (13) et que celle-ci est maintenue entre deux sièges annulaires (14, 15), par des éléments (19, 29) d'une construction de support, qui sont assemblés élastiquement.

Zeichnung